Suomen metsien paloainekset kohti parempaa tulen hallintaa Henrik Lindberg Timo V. Heikkilä Ilkka Vanha-Majamaa Suomen metsien paloainekset kohti parempaa tulen hallintaa Suomen metsien paloainekset - kohti parempaa tulen hallintaa Metsäpalon jälkiä mosaiikkimaisessa metsäluonnossa. Hyvinkää, Kytäjä. Henrik Lindberg • Timo V. Heikkilä • Ilkka Vanha-Majamaa 4 Kansikuva: Polttokoe käynnissä Evon opetusmetsässä Lammilla vuonna 2002 (kuva: Metla / Erkki Oksanen) Takakannen pikkukuva: Metsäpaloalue Hyvinkäällä, Kytäjän kartanon mailla vuonna 2003. (Kiitos Jukolan Pojat ry:n ilmailukerho ja Yrjö Laakkonen) (kuva: Metla / Ilkka Vanha-Majamaa) Valokuvat: Metla / Erkki Oksanen (ellei toisin mainita) Taitto ja ulkoasu: Metla / Maija Heino Kannen ulkoasu: Metla / Essi Puranen Kuvien käsittely: Metla / Anne Siika ja Essi Puranen Viittausohje: Lindberg, H., Heikkilä,T.V. & Vanha-Majamaa, I. 2011. Suomen metsien paloainekset - kohti parempaa tulen hallintaa, Vantaa, 104 s. Painatuskulut: Palosuojelurahasto Paino: Vammalan Kirjapaino Oy 2011 ISBN 978-951-40-2294-4 5 Alkusanat Suomessa metsäpalotiedot kootaan pelastustoimen resurssi- ja onnettomuustietojärjes telmään (PRONTO) ja julkaistaan vuosittain Metsäntutkimuslaitoksen Metsätilastol lisessa vuosikirjassa. Viime vuosina metsäpalojen lukumäärä on vaihdellut vuosittain tuhannesta lähes kolmeen tuhanteen. Metsien rakenteesta ja suhteellisen pienestä ku viokoosta sekä tehokkaasta ja hyvin toimivasta metsäpalojen valvonta- ja palontorjun tatoimista johtuen metsäpalojen pinta-ala on pieni, keskimäärin puoli hehtaaria. Vain harvoina vuosina on palanut enemmän kuin tuhat hehtaaria metsää. Ilmastonmuutos lisää todennäköisesti kuivia kausia ja metsäpalojen riskiä. Maankäy tön, metsän-ja luonnonhoidon muutokset saattavat myös kasvattaa metsäpaloriskiä mm. luonnonsuojelualueilla. Urbanisoituva yhteiskunta vaikuttaa myös kansalaisten tulen käyttötottumuksiin. Vaikka metsäpalot eivät tällä hetkellä ole meillä kovin iso ongelma yhteiskunnallisesti, ne kuitenkin työllistävät huomattavasti pelastuslaitoksia. Viime vuo sina rajantakaisten metsäpalojen savut ovat toistuvasti kulkeutuneet Suomen puolelle. Varsinkin kuivina kesinä on olemassa riski palojen leviämisestä itärajan takaa Suomeen. Metsäpalontorjunnan kansalliselle kehittämiselle on siis perusteensa. Suomen kansantalous on pitkälti perustunut metsiimme. Metsätalousmaata on maa pinta-alasta peräti 86 prosenttia, ja puuston määrä ja kasvu ovat lisääntyneet 1970-luvulta lähtien, johtuen tehokkaasta metsien hoidosta. Suomella on hyvä maine metsätalouden ja metsäntutkimuksen osaajana ja metsävaratiedon tuottajana. Muualla maailmassa met säpalot ovat huomattavasti suurempi uhka kuin meillä ja metsäpalojen torjunta ja siihen liittyvä tutkimus merkittävimpiä tehtäviä metsäammattilaisten ja pelastusviranomaisten työkentässä. Kansainvälisissä metsäalan tehtävissä suomalaisetkin joutuvat usein teke misiin metsäpalojen asiantuntemusta vaativien asioiden kanssa. Tämä kirja toivottavasti lisää niin metsäalan kuin metsäpalontorjunnan ammattilaisten tietämystä metsäpaloista ja metsien paloherkkyydestä. Suomen kansallisen metsäohjelman mukaan metsäala tähtää vastuulliseksi biotalou den edelläkävijäksi. Ohjelman mukaan metsävarat ovat tärkein uudistuva luonnonva ramme, jota pyritään hoitamaan kestävästi. Metsäpaloihin liittyvissä asioissa joudutaan tasapainoilemaan taloudellisen ja ekologisen kestävyyden välillä. Metsäpaloissa tuhou tuu omaisuutta, mutta toisaalta tulella on merkityksensä metsien monimuotoisuuden säi lyttämisessä. Tarvitaan hallitun tulen käytön strategiaa, jossa ekologiset tavoitteet voi daan saavuttaa vähin taloudellisin menetyksin. Tämä kirja on osa sisäasiainministeriön pelastusosaston ja Metsäntutkimuslaitoksen 2000-luvun alussa käynnistynyttä metsäpaloyhteistyötä. Toivomme yhteistyön jatkuvan myös tulevaisuudessa ja tämän kirjan saavuttavan tavoitteensa ja hyödyttävän niin met sä- kuin pelastusalan toimijoita. Hannu Raitio ylijohtaja Metsäntutkimuslaitos Janne Koivukoski valmiusjohtaja sisäasiainministeriö 6 Esipuhe Onko Suomessa todellinen riski suurpaloon? Miksi jokin kasvupaikka syttyy herkem min kuin toinen? Miksi ja miten pintapalo nousee latvapaloksi? Miten sääolot ja metsi kön rakenne vaikuttavat palon etenemiseen? Tämän kirjan tavoitteena on vastata näihin ja moniin muihin metsäpaloja koskeviin kysymyksiin. Tavoitteenamme on tarkastella metsiä tulen näkökulmasta. Jos salama iskisi nyt tähän, miten palo leviäisi -ja miten tuli voitaisiin ottaa hallintaan? Kirjamme pyrkii kuvaamaan metsiemme tärkeimmät paloainekset, jakamaan ja luo kittelemaan metsämme paloainestyyppeihin ja arvioimaan niiden palo-ja syttymisherk kyyttä. Esittelemämme paloherkkyysluokitus voidaan viedä osaksi metsien kuviotietoja, jolloin niitä voidaan helposti käyttää metsäpalontorjunnassa niin palojen sammuttami sen tehostamiseen kuin vaikkapa palojen sallimiseen siellä, missä ne eivät aiheuta to dellista vahinkoa. Kirjan liitteenä olevan sanaston avulla pyrimme yhdenmukaistamaan metsäpaloterminologiaa. Tämän kirjan synty on pitkän ja monivaiheisen työn tulos, johon on myötävaikuttanut lukuisa joukko pelastusalan ja metsäalan ammattilaisia. Metsäpaloyhteistyö alkoi vuon na 1999 sisäasiainministeriön pelastusosaston Harry Frelanderin aloitteesta. Heikkilä ja Vanha-Majamaa osallistuivat tuolloin pelastusosaston rahoituksella Ateenassa pidettyyn metsäpalokokoukseen. Käynnistyi tiivis yhteistyö ministeriön ja Metsäntutkimuslaitok sen (Metlan) välillä, jonka tuloksena saatiin tutkimusrahoitus Palosuojelurahastolta. Ra hoituksella palkattiin projektisihteeriksi Timo Heikkilä ja tutkijoiksi Markku Larjavaara ja Heidi Tanskanen. Metsäpalohankkeen tavoitteena oli tutkia ja selvittää Suomen metsien paloherkkyyttä ja tuottaa käytännön tietoa metsäpalojen torjunnan avuksi. Tutustuminen Ateenan ko kouksessa mm. Välimeren seudulla tehtävään metsäpalotutkimukseen loi pohjan ja yh teydet osallistumiselle vuosina 2002-2008 kahteen laajaan EU-rahoitteiseen projektiin, SPREAD ja EUFIRELAB (www.eufirelab.org), Metlan johdolla, mutta yhteistyössä sisäasiainministeriön pelastusosaston ja Helsingin yliopiston Metsäekologian laitoksen kanssa. Palosuojelurahaston ja EU:n rahoitus takasivat palotutkimuksen jatkumisen ja Henrik Lindbergin palkkaamisen projektiin. Syntyi lopulta kansallisesti laaja metsäpaloprojekti mm. Palosuojelurahaston, Metlan, Suomen Akatemian ja EU:n rahoituksella. Yhteistyöverkostoon kuuluivat Metlan ja sisä asiainministeriön pelastusosaston lisäksi mm. Helsingin ja Jyväskylän yliopistot, Ilmatie teen laitos, VTT, Metsähallitus, TAPIO, Geologian tutkimuskeskus, Hämeen ja Seinäjoen ammattikorkeakoulut sekä Pelastusopisto. Tämän kirjan materiaali pohjautuu pääosin sisäasiainministeriön ja Metlan väliseen yhteistyöhön. Osa kirjan materiaalista perustuu koepolttoihin, joita tehtiin vuosina 2002- 2003 lähes 70 kpl eri metsikkö tyypeillä. Metlan ohella polttokohteita käyttöön antoivat Hämeen ammatillisen korkeakoulutuksen kuntayhtymä, UPM-Kymmene ja Metsähalli tus. Stora Enso osallistui palokäytävien tekoon osalla kohteista. Merkittävä osa kirjan materiaalia perustuu vuosina 2003-2004 tehtyihin metsien palo ainesten kosteusseurantatutkimuksiin ja polttokokeisiin, jotka toteutettiin Evolla ja Kola 7 rissa. Seurantojen suunnittelussa ja kehittämisessä Evolla Antti Kujalan, Tuija Toivasen ja Tomi Huimin panos oli korvaamaton. Kolarissa kokeista vastasi Heikki Kauhanen. Ari Venäläinen ja Juha Tuomola Ilmatieteen laitokselta osallistuivat hankkeen sääaineistojen keruuseen ja metsäpaloindeksikysymysten arviointiin. Metsikköjen koepoltot vaativat runsaasti työvoimaa. Evon ja Vesijaon ympäristös sä Markku Larjavaara ja Heidi Tanskanen vastasivat paljolti polttojen järjestelyistä ja mittauksista ja Timo Heikkilä polttojen toteuttamisesta sekä niiden turvajärjestelyistä. Polttoihin osallistuivat mm. Olli Aaltonen, Timo Haapakoski, Keijo Leppänen, Hanne Liukko, Kauko Mäkipää, Markku Pastila, Pauli Pihlajamäki, Taneli Salonen, Anni Uusi- Kuitti ja Erkki Virtanen. Etenkin Antti Jäämään johtaman Lammin tuolloisen palokunnan ja Pekka Helmisen osuus oli ratkaiseva. Kolarissa turvatoimista vastasivat Kolarin ja Kit tilän palokunta. Kolarin polttoihin ja niihin liittyviin tutkimuksiin osallistuivat käytännös sä lähes koko Kolarin tuolloisen tutkimusaseman henkilökunta: H. Kauhasen ohella Mika Akkanen, Kauko Havela, Irma Heikkilä, Jari Hietanen, Noora Hänninen, Reijo Kallunki, Anneli Kurkkio, Ahti Metsävainio, Ilpo Mäki, Arvo Mänty, Arvo Mäntyranta, Kimmo Nenämaa, Rauno Ovaskainen, Jouni Unga, Kuisma Ranta, Reijo Rauniomaa, Veijo Tien suu, Aarre Vuontisjärvi, Unto Vuontisjärvi sekä Metsähallituksesta Ilkka Vaara. Hannu Ilvesniemi antoi julkaisemattoman Biosoil-aineiston tekijöiden käyttöön. Kir jan valokuva-aineisto on pääosin peräisin Erkki Oksasen Metsäntutkimuslaitoksen kuva arkistosta. Risto Viitala laati paloherkkyysluokitusta esittelevät teemakartat ja Päivi Juni la toimitti käyttöömme metsäpaloindeksikarttoja. Kirjan elävän taiton viimeisteli Maija Heino. Hän myös viimeisteli kiijassa esitetyn grafiikan, joka pohjautuu pääosin H. Lind bergin ja H. Kauhasen kokoamiin Evon ja Kolarin kuivumisseuranta-aineistoihin. Kirjan painatukseen saatiin rahoitus Palosuojelurahastolta. Käsikirjoitusta kommentoivat Tuomas Paloposki, Ari Venäläinen, Seppo Virtanen, Pet teri Vuorinen sekä Esa Ärölä ja metsäpalosanastoa Mike Jurvelius, Antti Jäämaa, Pentti Kurttila, Jorma Virtanen ja Seppo Virtanen. Englanninkielisen tiivistelmän kielentarkis tuksen teki Kevin Ryan. Kirjoittajaryhmä haluaa em. lisäksi kiittää hedelmällisestä yhteistyöstä vuosien var rella erityisesti seuraavia henkilöitä: Michelle de Chantal, Anders Granström, Esa Huhta, Ilmari Häkkinen, Leena lisalo, Aimo Jokela, Juha Kaskinen, Janne Koivukoski, Hannu Kuhanen, Timo Kuuluvainen, Saara Lilja, Anne Luhtala, Juhani Mäkinen, Markku Nie minen, Mats Niklasson, Heikki Pajuoja, Veikko Peltonen, Rauli Perkiö, Pasi Puttonen, Ruut Rabinowitsch-Jokinen, Eric Raunio, Heikki Rimpiläinen, Kevin Ryan, Riitta Ryö mä, Päivi Salpakivi-Salomaa, Katja Sidoroff, Raimo Sutinen, Heikki Suvanto, Pekka Tamminen, Ilkka Taponen, Tapani Tasanen, Jean-Charles Valette, Pekka Valtonen, Jari Varjo, Domingos Viegas, Pekka Vuori, Tuomo Wallenius, Juha Ylinen. Hämeenlinnassa, Oulussa, Porvoossa ja Vantaalla 1.5.2011 Henrik Lindberg Timo V. Heikkilä Ilkka Vanha-Majamaa 8 Summary Finnish forest fuels - towards improved fire management In Finland forest fires have not been a major problem in recent decades. Since the 1960's the annually burned area has varied typically between 500 and 1000 hectares, which can be considered as quite low amount. However, prior to 1960's forest fires were much more common and harmful, and suppression of forest fires was one of the key tasks of forest authorities. In large parts of Southern Finland slash and burn agriculture and tar burning were common in 18th and 19th century. These resulted in a semi-wild fire regime with many wildfires. The former forest practices, combined with the increased need for industrial timber and a general concern for deforestation, led to the establishment of forest administration and education in 1859. After Finland's 1917 independence, considerable forestry-related research and development was initiated in 1920's and 1930'5. At this time scientific and development work was also carried out in forest fire suppression together with practical fire prevention work. Eino Saari published in 1923 a profound monograph of forest fires and their prevention in Finland, and also practical handbooks for foresters, fire-fighters and soldiers were available. The military connection in the development work was in many ways significant. During the World War 11, the Finnish Army Headquarters wanted to be prepared for possible fire bombing of forests and performed a massive operation together with the Finnish Forest Research Institute in mapping and classifying forests by their fire risk. The result of the work was "Fire Defense Atlas", the first and largest fire risk classification of Finnish Forests (Fig. 2, Kuva 2). The Atlas covered the whole Finland. After the war Finnish authorities archived the maps, including maps from areas eventually lost in peace negotiations with Russia, for strategic political reasons. Their existence passed from memory. The maps were rediscovered in 2000, and are now available at National Archives (http://www.arkisto.fi/). After WWII forest fires and their risks gradually started to decrease due to changes in legislation, effective fire suppression, building of the forest road network and changes in forest structure associated with intensive forest management. Clear-felling replaced selection felling as the most common felling method and eventually led to even-aged stands. Management with frequent thinning and clear forest compartments in different successional stages, and recently increased harvesting of logging residual for bioenergy have further reduced fire risk. Coincident with the reduced impact of fire on Finnish society there was a decline in scientific interest in fire management, behavior, and to some extent ecology. The main interest in fire research shifted to silvicultural aspects. In Siren' s (1955) classic work he linked the low productivity of raw-humus stands to absence of fire and strongly recommended prescribed burning as general forest regeneration method for old spruce-dominated forests. This led to an era of prescribed burnings from 1950's to early 1960's until they were replaced by mechanical scarification. The wide use of prescribed burnings was also seen in research, best summarized in Viro's (1969) 9 explicit monograph. Notable achievement was also Franssila's (1959) work, where he introduced functions based on meteorological data estimating fire risk. These forest fire indexes functioned as a basis of forest fire warning system thereafter. During the last 15 years there has been a revival of forest fire research and development activities. The role and use of fire in biodiversity management has raised increased interest for fire research, but also future scenarios of global warming and land use issues suggest that forest fires can be a larger problem in the future - as they already are in many neighboring countries. It is notable however, that similar forest management actions as suggested by Agee and Skinner (2005) to lower fire risk in North-America, such as reduction of surface fuels, increasing the height to live crown and decreasing crown coverage already have been performed in Finland as normal procedures in even-aged forest management. In 1996 the forest fire index system was renewed by the Finnish Meteorological Institute. The current index uses weather data from local field stations and estimates the moisture content of 6 cm thick duff surface layer. The index is interpolated to 10*10 km squares and is scaled to have values between 1.0 and 6.0. When index raises over 4.0, forest fire warning is announced in media. During 2002-2008 a large project of joint fire research was carried out including restoration burnings, set of experimental burnings in various fuel types, field ignition tests and fuel moisture content monitories of the main Finnish forest fuels. In this book we have summarized the recent research and development activities in a practical book for fire officials and foresters. We have also reviewed international fire literature, especially that which is applicable to boreal Fennoscandia. We also introduce an updated Finnish forest fire glossary. In the book we have classified the Finnish forest fuels and described their characteristics and average fuel loads in different site types. We have constructed a hierarchical fire risk classification for different forest stands, which is based on common variables used in forest management (site type, age/development class, tree species, stand structure). We have described 15 fuel types and divided them into four classes (low, moderate, high, very high) according to fiammability (Table 4, Taulukko 4) and crown fire risk (Table 5, Taulukko 5). Fuel types are described briefly in chapter 6.5. with photographs of each type. In future development work these classes can be connected to modern forest management systems and thus provide e.g. thematic maps of fire risks (Fig. 58, Fig. 59, Kuva 58, Kuva 59) as well as on-line maps of current fire situations. In general, the knowledge and understanding of fuels, fuelbeds and their effect on fiammability, fire risk, fire behavior, and fire effects will raise professional skills of firemen and their capability to perceive different forest fire operations and choose the best extinguishing tactics in different situations. Increase in these kind of professional skills are also useful in prescribed burnings, especially as their scope is currently widening to different site types and various fuel loads. 10 11 Sisällysluettelo Alkusanat 5 Esipuhe 6 Summary 8 1 Johdanto 13 1.1 Kirjan tavoitteet 13 1.2 Taustaa 13 2 Syttyminen, palaminen ja palonjälki sekä niiden riippuvuus paloaineksista 17 2.1 Palo-ja syttymistapahtuma 17 2.2 Lämmön siirtymistavat 18 2.3 Paloainesten ominaisuudet 19 2.4 Metsäpalojen eri esiintymismuodot 21 2.5 Palon voimakkuus ja palon vaikuttavuus 27 2.6 Paloriskin ennakointi- ja arviointimenetelmät 30 3 Metsien paloainekset sekä niiden laadullinen ja määrällinen arviointi 33 3.1 Elävät ja kuolleet ainekset sekä puuainekset 33 3.2 Hienot ja karkeat ainekset 34 3.3 Paloainesten määrä ja jakautuminen 35 4 Palokerrokset ja paloainestyypit 37 4.1 Palokerrokset 37 4.2 Paloainestyypit 37 5 Suomen metsien paloainekset 40 5.1 Latvuskerros 40 5.2 Pensaskerros 46 5.3 Kenttäkerros 47 5.4 Maapuusto 51 5.5 Pohja- ja maakerros 53 6 Suomen paloainestyypit 63 6.1 Luokittelun perusteet 63 6.2 Käytetyt muuttujat 64 6.2.1 Kasvupaikkatyypit 64 6.2.2 Puuston määrä 67 6.2.3 Puuston kehitysluokka 67 6.2.4 Puulaji 68 6.2.5 Puuston rakenne 68 6.3 Erityiskohteet 69 6.3.1 Myrskytuhoalueet 69 6.3.2 Turvetuotantoalueet 70 6.4 Sovellus- ja kehittämismahdollisuudet 71 6.5 Paloainestyyppien kuvaukset 76 6.5.1 Kuivahkot, kuivat ja karukkokankaat 76 6.5.2 Tuoreet kankaat 77 6.5.3 Lehtomaiset kankaat ja lehdot 80 Metsäpalosanasto 83 Lähdeluettelo 101 12 13 1 Johdanto 1.1 Kirjan tavoitteet Tämä kirja on tarkoitettu ensisijaisesti pelastusviranomaisten ja metsäammattilaisten käyttöön metsäpalojen torjunnan sekä kulotusten suunnittelun avuksi. Kirjan tarkoituksena on esitellä lyhyesti suomalaisten metsien tärkeimmät paloainek set ja niiden ominaisuudet metsäpalontorjunnan sekä kulotuksen kannalta. Tässä kirjassa suomalaiset metsät luokitellaan paloainestyyppeihin, joiden tunnukset ovat yhteneviä metsätalouden ja metsäsuunnittelun vastaaviin luokituksiin. Paloainestyypit esitellään lyhyen sanallisen kuvauksen sekä valokuvien avulla. Tarkoituksena on lisäksi esitellä ja yhtenäistää aiheeseen liittyvää terminologiaa, joka toistaiseksi on ollut vaihtelevaa ja vakiintumatonta. Käsitteiden määrittelyssä on tukeuduttu lähinnä pohjoisamerikkalai seen käytäntöön ja pääosin noudatettu sikäläisissä palosanastoissa (Glossary... 2007) esitettyjä määritelmiä ja terminologiaa. Monille termeille on kehitetty suomenkielinen vastine samoin kuin on pyritty selkeämmin määrittelemään melko kirjavaa suomalais ta palosanastoa. Tästä syystä myös tekstin yhteydessä on esitetty metsäpalokäsitteiden englanninkieliset vastineet. Koska kotimaista julkaistua tutkimustietoa aiheesta on vähän saatavilla, on kirjan laa dinnassa tukeuduttu runsaasti kokemusperäiseen tietoon sekä ulkomaiseen, etenkin poh joisamerikkalaiseen, tutkimustietoon, vaikka se ei kaikilta osin olekaan täysin Suomen oloihin sovellettavissa. Valtavasta alaa käsittelevästä tutkimuskirjallisuudesta on pyritty valikoimaan esimerkinomaisesti merkittävimpiä ja Suomen oloihin parhaiten soveltuvia julkaisuja. Vuosina 2002-2003 toteutettiin Suomessa laaja koepolttojen sarja erilaisilla metsik kötyypeillä (Tanskanen ym. 2007), joka kattaa osan maamme paloainestyypeistä (kuva 1, taulukko 6, s. 82). Näistä poltoista saatuja tuloksia on hyödynnetty tämän kirjan laa dinnassa, ja polttojen tulokset on lisäksi esitelty kuudennessa luvussa. Koepoltot sekä huomattava osa oppaan laadinnassa käytetystä muusta tutkimustiedosta, kuten metsien paloainesten kosteusseurannoista, kerättiin vuosina 2001-2004 laajassa yhteistutkimus hankkeessa, jonka toteutuksesta vastasivat Palosuojelurahaston ja EU:n rahoituksella sisäasiainministeriön pelastusosasto sekä Metsäntutkimuslaitos. Tässä kirjassa esitetään yhteenveto hankkeen tutkimustuloksista. Koska em. hankkeeseen ei kuulunut turve maiden koepolttoja, on turvemaiden luokittelu jätetty tämän kirjan ulkopuolelle, vaikka Suomen metsätalouden maasta suot kattavat lähes kolmanneksen. 1.2 Taustaa Metsien paloainekset, niiden esiintyminen, ominaisuudet sekä runsaus eri kasvustotyy peillä ovat keskeisessä osassa niin metsäpaloihin liittyvässä tutkimuksessa kuin käy tännön sovellutuksissa. Paloainesten ominaisuuksien tuntemisen ja luokittelun avulla 14 Kuva 1. Timo Heikkilä sytyttää 30 metrin polttolinjaa tulen käyttäytymisen havainnointiin (kuva: Metla / Ilkka Vanha-Majamaa). voidaan arvioida metsäpaloriskiä, ennustaa palon käyttäytymistä, etenemisnopeutta ja palon intensiteettiä, sekä näihin perustuen valita erilaisiin palotilanteisiin kulloinkin so piva sammutustaktiikka. Niissä maissa, joissa metsäpalot ovat merkittävä taloudellinen ja yhteiskunnallinen ongelma, paloainesten ominaisuuksien tuntemiseen perustuvat luo kittelut ja mallit ovatkin keskeisimpiä metsäpalontorjunnan apuvälineitä. Kehittyneim missä malleissa ja niihin pohjautuvissa asiantuntijajärjestelmissä voidaan erilaisten pa loaineksista mitattavien tunnusten avulla arvioida ja ennustaa esim. palon leviämistä tai riskiä nousta latvapaloksi, sekä tuottaa niiden taustaksi monipuolista reaaliaikaista kart tamateriaalia (esim. Canadian Wildland Fire Information System, http://cwfis.cfs.nrcan. gc.ca). Tällaisten mallien laadinta edellyttää runsaasti empiirisiä tausta-aineistoja, kuten paloainesten kosteusseurantoja, syttyvyyskokeita, sekä koepolttoja ja palojen seurantoja erilaisissa olosuhteissa ja erilaisilla kasvustotyypeillä, jotta erilaisia paloja simuloivat mallit olisivat luotettavia. Suomessa tämänkaltainen tutkimus on ollut varsin vähäistä, eikä ylläkuvattujen kal taisten mallien laadinta ole mahdollista eikä tarpeellistakaan. Sen sijaan yksinkertaisella luokittelulla, joka luonnehtisi tärkeimmät paloainekset ja paloainestyypit olisi käyttöä palojen käyttäytymisen sekä metsäpaloriskin ennustamiselle eri metsikkötyypeissä ja -rakenteissa. Tällaisia kuvitettuja oppaita käytännön metsäpalontorjunnan tueksi on laa dittu jo pitkään Pohjois-Amerikassa (esim. de Groot 1993). Vuonna 2007 ilmestyi myös Suomessa sisäasiainministeriön julkaisema palokasvustoja kuvin esittelevä opaskortti sarja, joka perustui tässä kirjassa esitettäviin tuloksiin (Kasvusto-opas... 2007). Suomessa metsäpalot eivät viime vuosikymmeninä ole olleet merkittävä ongelma, mutta aiemmin on tehty huomattaviakin metsien paloherkkyyteen ja metsäpalontorjun 15 taan liittyviä kehittämistöitä. Metsävarojen loppumisesta oli suuri huoli jo 1800-luvun puolivälin aikana, mikä osaltaan johti metsähallinnon ja metsäopetuksen perustami seen. Yhtenä suurena uhkana metsille nähtiin mm. kaskeamiseen ja tervanpolttoon liittyvä huolimaton tulenkäyttö, joka lisäsi metsäpaloja. Metsäpalojen torjuntaan kiin nitettiin runsaasti huomiota metsähallinnon ensi vuosikymmeninä. Vaikka pääpaino oli metsäpalojen tähystyksessä ja torjunnassa, myös metsien yleiseen paloherkkyyteen kiinnitettiin huomiota. Vuonna 1923 ilmestyneessä ensimmäisessä laajassa tieteelli sessä metsäpaloja käsitelleessä tutkimuksessaan Eino Saari jakoi metsät seitsemään kasvupaikkaluokkaan, seitsemään ikäluokkaan ja kymmeneen puulajiluokkaan (Saari 1923). Tätä jakoa mukailtiin myöhemmin yleisesti metsäpalon torjuntaa käsitelleis sä käytännön oppaissa (Laukkanen 1937). Jo näissä käytännön oppaissa tuotiin esiin erilaisten metsiköiden erilainen paloherkkyys, esim. männiköiden ja kuusikoiden eri laiset paloriskit, jotka on todennettu viimeaikaisissa tutkimuksissa (Tanskanen yrn. 2005, 2006). Luokittelu oli kuitenkin luonteeltaan kuvailevaa, eikä sitä käytetty esim. käytännön kartoitustyössä. Mittavin suomalainen paloherkkyysluokitus ajoittuu sotavuosille, jolloin välirauhan aikana aloitettiin ns. kulontorjuntakartaston laatiminen. Tavoitteena oli kartoittaa toi saalta kuloille alttiit ja toisaalta kulojen pysäytykseen soveliaat maastot sen varalta, että Suomi joutuisi uudelleen sotaan ja esim. metsiin kohdistuvien palopommitusten kohteeksi. Työ käynnistyi loppukesällä 1940 Metsätieteellisessä tutkimuslaitoksessa, nykyisessä Metsäntutkimuslaitoksessa, ja jatkui edelleen jatkosodan aikana. Maasto tietojen hankinnassa käännyttiin kaikkien metsää ja maata omistavien sekä hallitsevien virastojen, laitosten ja yhtiöiden puoleen sekä pyydettiin näiltä karttoja metsätyyppitie toineen. Yksityismetsien osalta tiedot pyydettiin silloisilta metsänhoitolautakunnilta. Jo jatkosodan alussa materiaalia oli käytettävissä niin paljon, että uhanalaisimpien aluei den viranomaiset voitiin varustaa asianmukaisilla kartoilla. Kiivain työtahti oli kevääl lä 1941, jolloin töissä oli runsaasti yli sata kartanpiirtäjää. Jatkosodan aikana karttoja kopioitiin ja täydennettiin jatkuvasti, nyt Sotatalousesikunnan alaisena. Kartat olivat pääosin mittakaavassa 1:100 000. Karttoihin on käsin piirretty eri väreil lä ja merkinnöillä mm. erittäin paloherkät ja vähemmän paloherkät alueet, sekä palojen katkaisuun sopivat maastokohdat. Punaisella merkittiin kaikkein kuivimmat metsämaat ja viivoituksella vähemmän palonarat. Vihreällä merkittiin palon esteiksi soveltuvat maat, mm. avosuot, ja mosaiikkimaiset pienalueet viivoituksella. Järvet ja joet merkittiin sini sellä, tiet ruskealla ja voimajohdot omilla merkeillään. Periaate oli että palonarat ja palon estämiseksi soveltuvat alueet oli selvästi merkitty erilaisilla väreillä (kuva 2a ja b). Sodan jälkeen Neuvostoliitolle luovutettavaksi määrätty karttamateriaali, joka kattoi myös Neuvostoliitolle menetetyt alueet, arkistoitiin ja julistettiin Suomessa salaiseksi 40 vuodeksi. Helsingin Yliopiston kirjaston muuton yhteydessä vuonna 2000 karttamate riaali löytyi, mukaan lukien karttojen laadintaan liittyvä kirjeenvaihto sekä tehdyt pää tökset, ja aineisto siirrettiin Metsäntutkimuslaitoksen keskusarkistoon Vantaalle. Myö hemmin aineisto siirrettiin Kansallisarkistoon, jossa kartat ovat nyt digitoituina arkis tolaitoksen digitaaliarkistossa (http://www.arkisto.fi/). Historiallisesti mielenkiintoisen materiaalin mahdollinen jatkokäyttö on edelleen avoin. 16 Kuva 2 a ja b. Kulontorjuntakartaston lehti Karjalan kannakselta (Rautu) ja yksityiskohta Sakkolasta (kuva: Kansallisarkisto, arkistolaitoksen digitaaliarkisto, http://www.arkisto.fi). 17 2 Syttyminen, palaminen ja palonjälki sekä niiden riippuvuus paloaineksista 2.1 Palo- ja syttymistapahtuma Palamisella ymmärretään lämpöä tuottavaa reaktiota, jossa paloaines yhtyy happeen. Eloperäisen aineen palamista edeltää kuivatislautumisen kaltainen pyrolyysi, jossa läm pö vaikuttaa orgaaniseen aineeseen muuttaen sen ominaisuuksia, jolloin mm. vapautuu kaasuja. Palot voidaan karkeasti jakaa hehku- ja liekkipaloihin, joissa jälkimmäisessä paloaineksesta vapautuvat kaasut ja höyryt palavat muodostaen valoilmiön eli liekin. Metsäpalot voivat esiintyä niin hehku- kuin liekkipaloinakin (Hyttinen ym. 2008). Suomen olosuhteissa metsäpalo vaatii poikkeuksetta ulkoisen sytytyslähteen eli lisä energiaa, joka nostaa pistemäisesti lämpötilan niin korkeaksi, että palaminen käynnistyy. Paloainesten ominaisuuksia kuvastavat savu-, leimahdus- ja palamispisteet, jotka ker tovat alhaisimmat lämpötilat, joissa hehku-ja liekkipalo, sekä jatkuva palaminen käyvät mahdolliseksi. Mikäli paloaines syttyy ilman ulkoista sytytystä esim. lämpöä tuottavan eksotermisen reaktion kautta, puhutaan itsesyttymisestä. Itsesyttymistä ei tapahdu suo malaisten metsien paloaineksilla, mutta se on mahdollista esim. turveaumoissa. Usein esitetyn palokolmion (fire triangle ) mukaan palamistapahtuma vaatii lämpöä, happea sekä paloainesta (fuel). Metsien paloainekset ovat lähes poikkeuksetta ns. bio massapolttoaineita eli eloperäisiä aineksia. Palamisen yhteydessä puhutaan myös kat keamattomuuden tai jatkuvuuden (continuity ) välttämättömyydestä etenevälle palota pahtumalle, mikä on erityisesti liekkipalojen edellytyksenä. Palon syttymiseen, laatuun ja kehittymiseen vaikuttavat tekijät koostuvat siis syty tyslähteestä, paloaineksen ominaisuuksista, sekä ulkoisista olosuhteista, joista sää on keskeisessä asemassa (kuva 3). Kuva 3. Metsäpalon syttymis- ja palamistapahtumaa säätelevät tekijät. 18 On olennaista ymmärtää, että syttymis- ja palamistapahtumaa säätelevät tekijät var sin harvoin ovat itsenäisiä ja toisistaan riippumattomia, vaan sidoksissa toisiinsa. Esim. sääolosuhteet vaikuttavat eri tavalla ja eri nopeuksilla erilaisten paloainesten syttymiso minaisuuksiin (Päätalo 1998, Larjavaara 2005, Tanskanen 2007). Metsäpaloriskiä arvi oitaessa on keskeistä tietää syttymis- ja palamiskäyttäytyminen erilaisissa olosuhteissa. Miten paloaineksen määrä ja laatu vaikuttavat syttymiseen ja palon leviämiseen? Mi ten paloaineksen yleinen jakautuminen sekä asettuminen pysty- ja vaakatasoon nähden metsässä vaikuttaa palon käyttäytymiseen? Miten sääolosuhteiden muutos vaikuttaa pa loon? Miten topografia vaikuttaa paloon? Ja ennen kaikkea miten näiden yhdistelmät vaikuttavat paloon? Esimerkiksi latvapalon syntymiseen liittyy lähes aina jokin muutos näissä tekijöissä, mikä mahdollistaa palon siirtymisen latvuskerrokseen. Aineen syttymiselle vaaditaan tietty lämpötila, jolloin palaminen tulee mahdolliseksi. Yleensä syttyvyyden metsässä laukaisee jokin ulkoinen, äkillinen lämpötilaa nostava tekijä kuten esim. salama, liekki, hehkuva aines tms., joka sytyttää metsän paloaineksen. Syttymisellä ja syttyvyydellä voidaankin ajatella tarkoitettavan niitä olosuhdeyhdistel miä, jolloin ulkoisella sytytyslähteellä aikaansaadaan palamisreaktio, joka syttymisen jälkeen jatkuu ilman alkuperäisen sytytyslähteen vaikutustakin. Tämänkaltainen määri telmä on varsin lähellä palamis- eli palopisteen määritelmää. Esimerkiksi metsien kaikki orgaaniset ainekset ovat riittävän korkeassa kuumuudessa palavia, mutta syttyvyydessä on huomattavaa vaihtelua. Syttymiseen vaadittava lämpötila vaihtelee siten runsaasti, keskimääräisenä metsän paloainesten syttymislämpötilana kuivana on esitetty n. 250- 400° C, jota korkeampi kosteus luonnollisesti nostaa. Huomionarvoista on, että metsien syttymis- ja paloriski eivät ole sama asia. Sytty misriski tai -herkkyys kuvastaa tietyn paloaineksen tai paloainestyypin tai yleisemmin laajemman alueen keskimääräistä (mitä esim. suomalainen metsäpaloindeksi kuvastaa) herkkyyttä syttyä ulkoisesta sytytyslähteestä. Tärkeimpänä syttymisherkkyyteen vaikut tavana tekijänä on yleensä luonnollisesti paloaineksen kosteus. Syttymisherkkyys ei kui tenkaan sellaisenaan aina suoraan kuvasta palon käyttäytymistä, leviämisnopeutta, pa lointensiteettiä, tai palon aiheuttamia vahinkoja (esim. Tanskanen 2007). Syttymisriskiä laajempi ja epämääräisempi termi on paloriski, jolla pyritään monipuolisemmin kuvasta maan esim. jonkin metsikön palokäyttäytymiseen liittyviä ominaisuuksia. Syttymisriski ja paloriski vaihtelevat eri tilanteissa eivätkä siis aina ole samansuuruisia. Esim. kuivien, karujen metsiköiden syttymisriski on suuri, mutta yleensä palot ovat matalaintensiteetti siä ja helposti hallittavia. Tuoreiden, paljon biomassaa sisältävien metsiköiden syttymis herkkyys taas on alhaisempi, mutta korkeaintensiteettisen, rajun latvapalon mahdollisuus tietyissä sääolosuhteissa on suurempi, mikä vaikuttaa paloriskiin. 2.2 Lämmön siirtymistavat Koska metsäpalon syttymisen ja palon leviämisen edellytyksenä on lämpötilan nousu, on tärkeää ymmärtää lämmön siirtymistavat, jotka perinteisesti jaetaan neljään eri ta paan (esim. Heikkilä ym. 2000). 19 Lämmön siirtymisessä lämpöä ja kuumia savukaasuja kulkeutuu palosta lähtevien kuumien ilmavirtauksien mukana palon etenemissuuntaan mm. vallitsevan tuulen suun nan ja sen voimakkuuden, sekä pinnanmuodostuksen ohjaamina. Lämmön säteily on ilmiö joka vaikuttaa palavasta lämpölähteestä joka suuntaan ta saisesti. Lämpösäteilyn voimakkuus on suoraan riippuvainen palon intensiteetistä. Kuu muuden voimakkuus vähenee suhteessa kohteen etäisyyden neliöön. Suurin osa metsä palon leviämisestä tapahtuu lämpösäteilyn johdosta Jolloin palon ympärillä oleva palo aines saavuttaa ennen pitkää syttymislämpötilan ja syttyy lopulta palamaan. Lämmön johtuminen. Lämpö voi siirtyä aineessa myös johtuen. Koska metsien palo ainesten lämmönjohtavuus on varsin alhainen, ei lämmönjohtumisella ole suurta merki tystä metsäpalojen leviämisessä. Paloaineksen kulkeutuminen eli massakulkeutuminen. Tällä ilmiöllä tarkoitetaan pa loainesten siirtymistä joko vierimällä, putoamalla tai palon synnyttämien voimakkaiden ilmavirtauksien mukana ilmateitse uuteen paikkaan palon ulkopuolelle. Jyrkillä rinteillä paloaineksia voi helposti lähteä vierimään rinnettä alas sytyttäen uusia paloja. Voimak kaissa paloissa ja erityisesti latvapalotilanteissa kuumat ilmavirtaukset nostattavat hel posti paloaineksia ilmaan. Ne saattavat kulkeutua hyvinkin pitkälle varsinaisen palon ul kopuolelle sytyttäen uusia heitepaloja (heitteitä) eli piste- tai pesäkepaloja (spot fires). 2.3 Paloainesten ominaisuudet Paloainesten ominaisuudet vaikuttavat syttymiseen ja palamistapahtumaan eri tavoin. Palo aineksen koostumus itsessään säätelee palamista riippuen siitä, kuinka paljon ja minkälai sia ainesosia paloaines sisältää. Lisäksi paloaines sisältää yleensä vettä, eli on vaihtelevan kosteaa. Kosteus jäähdyttää ainesta ja hidastaa palamistapahtumaa, koska palossa syntyvää lämpöenergiaa kuluu aineksen sisältämän veden höyrystymiseen eli kuivumiseen. Siten kos teus vaikuttaa metsäpaloainesten lämpöarvoa alentavasti. Korkea kosteus vaikeuttaa myös syttymistä ja usein estää sen, koska aineksen ollessa riittävän kostea ei ulkoisen sytytysläh teen energia riitä kuivattamaan ainesta. Aines saattaa myös syttyä hetkellisesti sytytysläh teestä, mutta ei korkean kosteuden vuoksi kykene leviämään, mikä on melko yleinen tilanne erilaisilla metsien paloaineksilla. Kosteus saattaa myös täyttää tietyissä paloaineksissa va paata ilmatilaa ja estää tuulettumista ja hapen kulkeutumista. Paloainesten kosteus vaihtelee huomattavasti ja kosteusmuutokset saattavat olla hyvinkin nopeita tai hitaita aineksesta ja kuivumisolosuhteista riippuen. Paloaineksen kosteus onkin tärkeimpiä palo- ja syttymista pahtumaan vaikuttavia tekijöitä ja vastaavasti keskeisimpiä selittäjiä ennustettaessa esim. paloriskiä, palon käyttäytymistä ja palointensiteettiä. Metsien paloainesten syttymiskosteus vaihtelee, mutta kuolleilla aineksilla, sekä sammalilla ja jäkälillä se on noin 25-30 % (kui va-ainesprosentti, Granström ja Schimmel 1998). Hyvin hienojakoiset ainekset voivat palaa kytemällä huomattavankin kosteina (Frandsen 1997). Kosteus on sidoksissa säätekijöihin ja esim. ilmankosteuden tiedetään vaikuttavan merkittävästi paloriskiin ja palon intensiteettiin. Metsien kuolleet paloainekset seuraavat vaihtelevalla viiveellä ilmankosteutta asettuen jossa kin vaiheessa samaan ns. tasapainokosteuteen ilman kanssa. Kuivumisviivettä voidaan kuol- 20 leiliä orgaanisilla aineksilla ennustaa melko luotettavasti niiden koon mu kaan, mitä käytetään yleisesti pe rustana paloainesluokituksissa (ks. luku 5). Etenkin syttymisen kannal ta keskeisten hienojen paloainesten kohdalla ilmankosteuden merkitys on suuri (ks. luku 5). Tästä syystä on esitetty että esim. alle 30 % ilman kosteuksilla paloriski kasvaa merkit tävästi ja vastaavasti alenee yli 60 % kosteuksissa (Granström 2001). Kuva 4. Kuiva- ja tuoreainesprosentin suhde. Paloaineksen sisältämä kosteus ilmoitetaan kosteusprosenttina, jolloin aineksen si sältämää vesimäärän massaa verrataan paloaineksen massaan. Suhde voidaan ilmaista joko gravimetrisesti vesimassan määrän suhteena kuivan aineksen määrään (kuiva-ai neskosteusprosentti), vesimassan määrän suhteena tuoreen aineksen määrään (tuore aineskosteusprosentti) tai volumetrisesti vesimassan tilavuuden suhteena koko ainek sen tilavuuteen (tilavuuskosteusprosentti). Metsäpaloihin liittyvässä kansainvälisessä kirjallisuudessa ja tutkimuksessa käytetään yleisimmin kuiva-aineskosteusprosenttia, mutta esim. bioenergiatutkimuksessa käytetään yleisesti tuoreaineskosteusprosenttia. Suomalainen metsäpaloindeksi taas perustuu tilavuuskosteusprosentin käyttöön. Jos siis esim. 100 gramman painoinen ja tilavuudeltaan 200 kuutiosenttimetrin (0,2 litraa) ainesnäyte sisältää vettä 50 grammaa, on näytteen kuiva-ainesprosentti (50 g/50 g) * 100 = 100 %, kun taas tuoreainesprosentti on (50/100) * 100 = 50 %. Tilavuusprosentti taas on 25 % (50 cm 3/200 cm 3 ). Alhaisissa kosteuksissa kuiva-ja tuoreainesprosenttien erot ovat melko pienet, mutta kasvavat suuremmissa kosteuksissa (kuva 4). Sen sijaan tilavuuskosteusprosentin suu ruus riippuu ratkaisevasti näytteen sisältämästä ilmasta, johon vaikuttaa aineen tiiviys. Tiiviyteen voidaan vaikuttaa, ja se voi vaihdella huomattavasti. Tästä syystä tilavuus kosteutta käytettäessä erilaisten paloainesten vertailu on vaikeaa. Luotettavan tilavuus kosteuden määrittäminen edellyttää tilavuustarkkojen näytteiden ottoa, joten se sopii parhaiten homogeenisten materiaalien, kuten esim. turpeen kosteuden määrittämiseen. Aineksen kosteusprosentti määritetään yleisimmin ja luotettavimmin keräämällä ai neksesta näyte ja kuivaamalla se esim. 105° C lämpötilassa. Punnitsemalla näyte tuo reena ja kuivana saadaan laskettua vesimäärä sekä kosteusprosentti. Kuivaus-punni tusmenetelmä on yksinkertainen, mutta aikaa vievä sekä kuivausvälineistöä vaativa, joten sen käyttö rajoittuu lähinnä tutkimustyöhön. Perinteisen menetelmän rinnalle on kehitetty erilaisia nopeampia ja kenttäolosuhteisiin sopivia erilaisiin toimintaperustei siin, kuten esim. sähkönjohtavuuteen perustuvia laitteita. Yleensä laitteet toimivat mel ko hyvin, mikäli määritettävä aines on kohtuullisen homogeenistä, mutta tällöinkin ne usein saattavat vaatia melko työlään kalibroinnin erikseen kullekin ainekselle. Erityi sen ongelmallisia kosteuden kenttämittauksien kannalta ovat heterogeeniset, runsaasti ilmaa sisältävät ainekset, kuten esim. sammalet. Lisäksi on olemassa myös kenttäolo 21 suhteisiin soveltuvia pienoisuuneja, jotka kuivaavat pienen näytteen nopeasti. Suomes sa maastomittareita ei juuri ole kokeiltuja kosteusprosenttien arviointi on rajoittunut lähinnä kokemusperäiseen tietoon. Sen sijaan esim. Pohjois-Amerikassa on runsaasti palo-ja metsäalan ammattilaisille suunnattuja kaupallisia kosteusmittareita. Monin pai koin käytetään lisäksi standardoituja sauvoja (J'uel moisture sticks , hazard rods), joiden avulla voidaan arvioida paloaineksen kosteutta. Paloaineksen kosteuden mittaaminen riittävän monesta paikasta metsäpaloriskin ar vioimiseksi ei yleensä ole mahdollista. Tästä syystä paloaineksen kosteutta pyritään ar vioimaan ja ennustamaan välillisesti muiden suureiden, kuten erilaisten säämuuttujien avulla. Nämä eri paloaineistojen ja palokasvustojen kosteusmallit ja niiden avulla laa ditut erilaiset syttymisriskiä ja metsäpalon leviämistä selittävät metsäpaloindeksit ovat nykyään keskeisessä osassa metsäpalojen ennaltaehkäisyssä ja käytännön sammutus työssä. Toinen keskeinen ainesten syttyvyys-ja palo-ominaisuuksiin vaikuttava tekijä on aineen tiheys tai tiiviys, joka luonnollisesti on olennaisesti sidoksissa aineksen kosteus käyttäytymiseen. Tiiviit ainekset pidättävät enemmän vettä ja siten kostuvat ja kuivuvat hitaammin. Lisäksi aineen tiiviys hidastaa olennaisesti hapen kulkeutumista aineksessa, mistä syystä tiiviit polttoaineet ovat palo- ja syttymiskäyttäytymiseltään usein poikke avia, ollen herkkiä esim. tuulen vaikutukselle. Luonteenomaista tiiviille polttoaineille on palamisen eteneminen ilman avoliekkiä, kytemällä. Koska tiiviit ainekset ovat usein hienojakoisia, ne ovat herkkiä palotapahtuman kuivattavalle vaikutukselle ja tästä syystä kerran sytyttyään niitä on usein vaikea sammuttaa. Paloainesten ja polttoaineiden energiamäärää kuvataan aineksen lämpöarvolla eli ener giatiheydellä. Paloainesten energiamäärien arvioinnissa on järkevintä käyttää tehollista eli alempaa lämpöarvoa senhetkisessä kosteudessa, jolloin aineen sisältämä kosteus ote taan huomioon. Tämä vastaa polttoainetutkimuksessa käytettyä toimituskostean eli s uu pumistilassa olevan polttoaineen lämpöarvoa (Alakangas 2000). Täten kalorimetrisestä eli ylemmästä lämpöarvosta vähentyy veden höyrystymiseen ja höyrystymislämpöön käytettävä energia. Suomalaisten puuainesten tehollinen lämpöarvo kuivana on noin 18,5-21 mJ/kg (Nurmi 1997 a) ja turpeen noin 21 mJ/kg (Taipale 1996). Aineksen kosteus vaikuttaa kuitenkin merkittävästi metsien paloainesten lämpöarvoihin, jolloin esim. 40 % kosteus (tuoreainesprosentti) alentaa tehollisen lämpöarvon noin puoleen kuivasta (Nur mi 1997 a). Lisäksi on otettava huomioon, että lämpöarvot on ilmoitettu massayksikköä kohti. Ne eivät ota huomioon tiheyttä, jolla on suuri merkitys niin puuaineksissa kuin tur peessa. Tästä syystä toisinaan lämpöarvotkin on tarkoituksenmukaista ilmoittaa tilavuutta kohden, jolloin eri ainesten lämpömäärän vaihtelu on suurempaa tiheysvaihtelun vuoksi. 2.4 Metsäpalojen eri esiintymismuodot Metsäpalot voidaan luokitella eri muotoihin sen mukaan, mitä metsän paloaineskerrosta ne pääosin kuluttavat. Eri metsäpalomuodot ovat paloriskin ja palontorjunnan kannalta varsin erilaisia, joten niiden käyttäytyminen sekä yhteys erilaisiin paloaineksiin, paloker roksiin ja paloainestyyppeihin on metsäpaloriskin arvioinnin kannalta keskeistä. Kuva 5. Maapato. Kuva 6. Pintapalo. 23 Eri palomuodot esiintyvät usein samassa palossa eri olosuhteissa ja eri paloainestyy peillä. Palomuodot voivat esiintyä myös laajemmassa palossa vaihtelevasti, esim. siten että pintapalo, jona palaminen useimmiten alkaa, muuntuu latva- tai maapaloksi. Maapalossa (groundfire ) tuli etenee pohja- ja maakerroksessa (kuva 5). Maapalo on mahdollinen, mikäli maaperä sisältää orgaanisesta aineksesta koostuvan kerroksen (tur ve, kangashumus), ja palo etenee tätä kerrosta kuluttaen. Koska tällaiset ainekset ovat tiiviitä ja usein syttyvää materiaalia kosteampia, on maapalolle luonteenomaista hidas kytemällä tapahtuva hehkupalaminen. Turveainekset ovat hienojakoisia ja tiiviitä, joten maapalo kerran sytyttyään pystyy etenemään hitaasti kuivattamalla varsin kosteassakin aineksessa huomattavan pitkiä aikoja, kuukausia tai jopa vuosia. Maapalojen sammutta minen perinteisin vesisammutusmenetelmin on hankalaa, koska vesi pidättyy varsinai sen palon yllä olevaan kerrokseen. Palo on myös vaikeasti havaittavissa tai suorastaan näkymättömissä, joten jäähdyttävän veden saaminen kaikkiin palopaikkoihin on vaikeaa ja epätodennäköistä. Hehkupaloissa myöskään katkeamattomuuden rikkomiseen perus tuvat menetelmät, kuten sammutusjauheen käyttö, eivät toimi. Näistä syistä maapalon torjunnassa kannattaa vakavasti harkita palon rajaamista tietylle alueelle aineskatkojen avulla, etenkin kun maapalo itsessään harvoin on vaarallinen. Maapalon kiusallisuus pe rustuu ennen kaikkea sen paloa säilyttävään ominaisuuteen, jolloin palo voi myöhemmin suotuisissa olosuhteissa levitä pintapaloksi ja edelleen latvapaloksi. Pintapalossa (surface fire) palo etenee polttaen kenttä- ja pohjakerroksen aineksia (kuva 6). Pintapaloissa palon eteneminen on yleisesti melko helposti ennustettavissa ja palon sammutus yleensä selkeätä. Koska syttymisherkimmät paloainekset ovat metsän pintakerroksen aineksia, alkavat useimmat metsäpalot yleensä pintapaloina. Latvapalossa (crown fire ) palo on noussut puiden latvustoon (kuva 7). Palon muuttu minen latvapaloksi edellyttää paloainesten pystysuuntaista jatkuvuutta, korkeaa pintapa lon voimakkuutta, sekä useimmiten kovaa tuulta. Palon on pystyttävä siirtymään esim. pensaskerroksen, alikasvoksen tai kuivien alaoksien avulla latvukseen ja sen jälkeen edettävä puusta toiseen. Latvapalo vaatii riittävän tiheää latvuskerrosta, jotta paloaines olisi jatkuvaa, sekä/tai jatkuvuuden ylläpitämiseksi kovaa tuulta. Latvapalon syntyyn vaaditaan latvuksen riittävä kuumentuminen. Useissa tilanteissa olosuhteet ovat sellaiset, että tuli paikoin nousee puusta pyrolyysissä irtoavien kohoavien palokaasujen avulla latvuksiin polttaen yksittäisiä puita tai puuryh miä, mutta ei pysty leviämään laajemmin latvustossa. Tällöin voidaan puhua soihtupalosta (torching) tai passiivisesta latvapa/osta, mikä osoittaa sen, että palolla on edellytys nousta latvuksiin, muttei latvusrakenteen tai vähäisen tuulen vuoksi kykene jatkamaan etenemis tään siellä (kuva 8). Aktiivinen latvapalo sen sijaan etenee samanaikaisesti koko metsi kössä, niin latvuksissa kuin alemmissa kerroksissa. Toisinaan puhutaan myös itsenäises tä latvapalosta (independent crown fire), jolloin tuli etenee erillään tai vauhdikkaammin latvuskerroksessa (van Vagner 1977, Alexander 2006). Latvapalon synnyn syynä saattaa poikkeuksellisten sääolosuhteiden ohella olla myös korkea paikallinen palon voimakkuus, joka saa aikaan latvapalolle tyypillisen oman paloilmaston. Nousevien lämpimien ilmavir tausten eli konvektioiden myötä syntyy tulipyörteitä (fire whirls), jotka lisäävät latva- ja heitepalojen riskiä. Tällainen liekin latvaan nostava kuumuus voi syntyä esim. puutavara 24 Kuva 7. Latvapalo (kuva: Saara Lilja). 25 Kuva 8. Soihtupalo. 26 Kuva 9. Heitepalo (kuva: Metla / Jari Hietanen), pinojen, latvusmassa- ja kanto varastojen tai rakennusten paloissa. Latvapalot jaetaankin joskus leviämissyyn mukaan yleisempiin tuulivaikutteisiin paloihin (wind driven fires) sekä konvektiopaloihin (plume fires, convection fires) (Rothermel 1991, Alexander 2006). Latvapalon ennustaminen ja mahdollinen estäminen on metsäpalontorjunnan keskei siä tavoitteita mutta myös vaikeimpia tehtäviä. Latvapalona leviävä metsäpalo on kor keaintensiteettinen ja lähes poikkeuksetta luonteeltaan vaarallinen. Latvapalo myös siir tää palavaa ainesta ilmavirtausten mukana (spotting ) ja mahdollistaa palon leviämisen myös varsinaisen paloalueen ulkopuolelle heitepaloina (spotfires) (kuva 9). Latvapalon sammuttaminen on huomattavasti vaikeampaa kuin pintapalon, ja palontorjunnassa pa lon rajoittaminen ja ohjaaminen paikkoihin, joissa sammutus on mahdollista, on usein järkevämpää. Tällaisia paikkoja ovat luonteenomaisesti alueet, joissa paloaineksen jat kuvuus vähenee tai katkeaa. Latvapalontorjunnassa keskeistä on myös ennaltaehkäisy eli pintapalojen latvaan nousun estäminen. Metsäpaloriskin asiantuntijajärjestelmissä käytetään nykyään yleisesti latvapaloriskin arvioinnissa erilaisia kynnysarvoja tai latvapaloriski-indeksiä. Latvapaloriski-indeksi muodostetaan niiden muuttujien avulla, joiden tiedetään vaikuttavan olennaisesti latva paloriskiin: paloaineksen määrä ja laatu, välittäjäainesten määrä, tuuli, etäisyys latvus kerrokseen, latvuskerroksen tiheys sekä lehtien tai neulasten kosteus (van Wagner 1977, Alexander 1988, Alexander 2006). Niin ikään heitepaloriskiä voidaan arvioida erilaisilla malleilla ja ennusteilla (esim. Albini 1979). Heitepaloriskin arvioinnissa olennaista on tietää minkälaisissa olosuhteissa kipinöitä syntyy, minkä kokoisia ne ovat, miten ne jäähtyvät ja kuinka pitkälle ne kulkeu tuvat. Korkeaintensiteettisissä paloissa ilmavirtauksen mukana kulkeutuu laajempia kap 27 paleita, jotka jäähtyvät hitaammin ja säilyttävät potentiaalisen sytyttämiskykynsä pitem pään. Esim. senttimetrin läpimittainen kipinä aikaansaa heitepalon todennäköisesti, kun millimetrin läpimittainen kappale useinkaan ei johda välittömään sytytykseen (Alexander 2006). Isommat kappaleet säilyttävät liekehtivyyden pitempään kuin pienemmät, jotka jäähtyvät kyteviksi nopeammin (Siikanen 2009). Vaikka heitepalojen riski on merkittävä korkeaintensiteettisissä paloissa, voi jo keski-intensiteettisissä paloissa esiintyä kipinöi den leviämistä ja heitepaloriskiä, mikä on syytä huomioida sammutustaktiikassa. 2.5 Palon voimakkuus ja palon vaikuttavuus Palon voimakkuudella eli palointensiteetillä (fire intensity) arvioidaan palon synnyttä mää energiaa. Yleensä palon voimakkuus ilmaistaan tulirintaman voimakkuutena eli tu lirintaman intensiteettinä (fire front intensity), energiana tai lämpömääränä pinta-ala-ja aikayksikköä kohti, esim. kcal/m 2/s tai kW/m 2/s (Byram 1959). Palointensiteettiä kuvaa melko hyvin liekinkorkeus (flame height), jolla tarkoitetaan yleensä palon kärjen keski määräistä maksimikorkeutta. Liekinkorkeuden avulla palot voidaan maasto-olosuhteissa karkeasti luokitella esim. matalaintensiteettisiin (<1 m), keski-intensiteettisiin (1-3 m) ja korkeaintensiteettisiin (>3 m) paloihin (Andrews ja Rothermel 1982) (kuvat 10-12). Palon voimakkuus määräytyy paloaineksen laadun (lämpöarvo, kosteus), määrän (pa lokuorma), jakautumisen ja vallitsevan sään yhteisvaikutuksesta. Yleisesti pätee, että mitä kuivempi ja tuulisempi sää, mitä suurempi ja kuivempi palokuorma ja mitä suurem pi osuus palokuormasta on hienoja aineksia, sitä korkeampi on palointensiteetti. Kos ka palointensiteetin vaikutus palon etenemiseen, vaarallisuuteen ja torjuntastrategian valintaan on keskeinen, on intensiteetin arviointi olennaista metsäpalontorjunnassa (taulukko 1). Suomessa ei juuri ole tutkittua ja mitattua tietoa palojen voimakkuuksista, mutta yleisesti muualla tehdyt tutkimukset esim. palon intensiteetin ja liekinkorkeuden riippuvuudesta (Byram 1959, Andrews ja Rothermel 1982) soveltunevat suuntaa-anta vasti myös meidän oloihimme (taulukko 1). Taulukko I. Tulen hallittavuus liekkien pituuden ja tuli rintaman intensiteetin perusteella Andrewsin ja Rothermelin (1982) mukaan. Liekin korkeus, m Tulirintaman intensiteetti, kW/m 2 Tulen hallittavuus < 1,2 < 345, matala Tuli voidaan pysäyttää suoralla sammutushyökkäyksellä kärjestä tai sivuilta käsityövälineiden avulla. Käsintehdyn palokujan tulisi pysäyttää tulen eteneminen. 1,2-2,4 345-1720, kohtalainen Palo on liian voimakas käsityövälineillä tehtävään sammutushyök- käykseen. Käsintehty palokuja ei ole luotettava. Suihkukalustolla ja ilma-aluksilla sammutus voi olla tehokasta. 2,4-3,3 1720-3450, korkea Palon hallinta vaikeaa; soihtupaloja, latvapalo ja palosta leviävät erilliset heitepalot mahdollisia. Suora sammutushyökkäys palon kärkeen luultavasti tehoton. > 3,3 > 3450, hyvin korkea Latvapalo, heitepalot etumaastossa ja nopea leviäminen todennäköisiä. Suora sammutushyökkäys palon kärkeen tehoton. 28 Kuva 10. Matalaintensiteettinen palo (kuva: Metla / Jari Hietanen) Kuva 11 . Keski-intensiteettinen palo. 29 Kuva 1 2. Korkeaintensiteettinen palo. Kuva 13. Palon vaikuttavuus voidaan arvioida palon jälkeen (kuva: Metla / Jari Hietanen) Palon vaikuttavuudella {palon vakavuudella) (fire severity) arvioidaan sitä, kuinka voimakkaasti palo on vaikuttanut paloainestyyppiin (kuva 13). Palon vaikuttavuutta, jäl keä, arvioidaan yleisimmin paloaineksen kulutuksena (fuel consumption) (esim. tonnia/ hehtaari). Mitä vaikuttavampi palo on ollut, sitä suurempi on ollut palossa palaneen aineksen määrä. Palon vaikuttavuutta kuvastaa myös helpommin arvioitava palosyvyys (fire depth), joka arvioi paloaineksen ohentumista palossa. Palosyvyys soveltuu hyvin sellaisten palojen arviointiin, joissa merkittävin osa paloaineksesta on kasautuneena maa- tai pohjakerrokseen. Useimmiten korkea palointensiteetti aikaansaa myös korkean palon vaikuttavuuden, muttei aina. Erityisesti kerrostuneilla paloainestyypeillä ainek set voivat poiketa kosteuskäyttäytymiseltään merkittävästi, jolloin kuivemmat kerrokset voivat palaa intensiivisesti tuottaen kovan lämmön, kun taas alla olevat kerrokset pala vat heikommin tai eivät ollenkaan. 2.6 Paloriskin ennakointi- ja arviointimenetelmät Eri metsiköiden paloriskiä on käytännössä mahdotonta jatkuvasti mitata. Tästä syystä met säpalontorjunnan keskeisiä tehtäviä on pyrkiä välillisesti ennustamaan metsien syttymisris kiä ja palon käyttäytymistä ennaltaehkäisevän ja käytännön palonsammutuksen operatiivi sen toiminnan tueksi. Arvioimalla paloaineksen määrää, laatua ja kosteutta sekä vallitsevia säätekijöitä, voidaan arvioida erilaisten metsiköiden syttyvyyttä, palon voimakkuutta sekä palon käyttäytymistä (kuva 14). Yhdistämällä tällaiset ennusteet paikkatietojärjestelmiin, voidaan laatia erilaisia reaaliaikaisia malleja ja ennusteita metsäpalontorjunnan tueksi. Keskeisin ja vaikein tehtävä tällaisten mallien laadinnassa on jatkuvasti vaihtelevan paloaineksen kosteuden arviointi ja muutosten ennustaminen, johon pyritään erilaisilla Kuva 1 4. Heikki Kauhanen seuraa tulen käyttäytymistä koepolton aikana (kuva: Metla / Ilkka Vanha-Majamaa). 31 kosteusmalleilla ja niitä kuvastavilla metsäpaloindekseillä. Kosteusmallit voidaan jakaa empiirisiin ja prosessimalleihin (Matthews 2005). Empiirisissä malleissa kosteusmittauk set yhdistetään selittäviin muuttujiin tilastollisesti, jolloin mitattavilla säämuuttujilla voi daan arvioida erilaisten paloainesten kosteutta kuivumis- ja kostumisfunktioiden avulla. Prosessimalleissa taas pyritään paloaineksissa tapahtuvien fysikaalisten ilmiöiden, kuten höyrystymisen, avulla mallittamaan kosteuskäyttäytymistä. Käytössä olevissa metsäpa loindekseissä käytetään sekä prosessi- että empiirisiä malleja. Lisäksi eri puolilla maail maa käytetään runsaasti yksinkertaisempia paloriskin arviointimenetelmiä, kuten taulu koita, kaavoja ja nyrkkisääntöjä (esim. Heikkilä ym. 2010). Suomessa metsäpaloriskin arviointi kuuluu Ilmatieteen laitoksen viranomaistehtäviin. Aiemmin paloriskiä arvioitiin lähinnä ilmankosteuteen ja lämpötilaan perustuvilla funk tioilla, joissa paloriskiä arvioitiin k-indeksillä (kulovaara), joka vaihteli 0,1 ja 0,5 välillä (Franssila 1958). Mikäli k-arvo nousi yli 0,3: n, annettiin kulovaroitus. Indeksi perustui empiirisiin sammal-, neulas-ja puusauvojen kosteusmittauksiin, ja se laskettiin sääase mien lämpötila- ja ilmankosteustietojen mukaan. Indeksiä täsmennettiin sademäärien mukaan: edellisen vuorokauden sademäärän tuli olla alle kaksi millimetriä. Mikäli met säpalovaaran katsottiin olevan uhkaava, saattoi sisäasiainministeriö asettaa kulohälytys tilan, jonka perusteena oli Ilmatieteen laitoksen tekemä riskiennuste. Vuonna 1975 Suomessa korvattiin kaksitasoinen kulovaroitus/kulohälytysjärjestelmä metsäpalovaroituksella. Vuodesta 1996 on metsien paloriskiä ja metsäpalovaroituksen antoperustetta arvioitu Suomessa Ilmatieteen laitoksen kehittämällä ja ylläpitämällä met säpaloindeksillä (Heikinheimo ym. 1996, Venäläinen ja Heikinheimo 2003), joka pyrkii ennustamaan säätekijöiden avulla aukean alueen kuuden senttimetrin paksuisen humus ja karikekerroksen kosteutta (kuva 15). Indeksi on sidottu tilavuuskosteusprosenttiin, mikä vaikeuttaa sen soveltamista muihin paloaineksiin. Kosteuden ja säätekijöiden suhde perustuu empiirisiin mittauksiin. Indeksi lasketaan siten, että sääasemaverkosta saatavat säähavainnot interpoloidaan Suomen kattavaan 10*10 km hilaruudukkoon. Interpoloi tujen säätietojen avulla lasketaan jokaisesta ruudusta tapahtuva haihdunta. Haihdunta kuivattaa maanpintaa. Pintaa kostuttavan sateen määrä saadaan kullekin ruudulle säätut kamittauksista. Indeksi saa arvoja välillä 1,0-6,0. Avotulen teon kieltävä metsäpalovaroi tus annetaan indeksin saavuttaessa arvon 4,0. Indeksi on luonteeltaan keskimääräinen ja alueellinen eikä pysty huomioimaan paikallisia eroja esim. paloainestyyppien välillä tai sademäärissä (kuurosateet). Koska kosteusvaihtelu eri metsiköiden ja paloainesten välil lä on suurta, ei indeksi sellaisenaan siten voi kuvata kaikkien metsiköiden kosteutta vaan keskimääräistä syttymisherkkyyttä (ks. luku 5). Joissakin tilanteissa 10 km alueellinen tarkkuus on karkea, ja sen vuoksi parhaillaan testataan mahdollisuutta tarkentaa lasken nassa käytettävän hilaruudukon tarkkuus kymmenestä kilometristä yhteen kilometriin. Suomalaisen metsäpaloindeksin kykyä paloaineksen kosteuden ennustajana on ar vioitu viimeaikaisissa tutkimuksissa (Larjavaara 2005, Tanskanen ym. 2006, Tanska nen 2007) ja todettu sen yleisesti toimivan melko hyvin. On kuitenkin huomattu, että metsäpaloindeksin keskimääräisen luonteen vuoksi vaihtelua esiintyy melko runsaasti, minkä vuoksi etenkin kuivumistilanteissa useat metsiköt saavuttavat syttymiskelpoisen kuivuuspitoisuuden jo ennen kuin metsäpaloindeksin mukainen metsäpalovaroitusarvo 32 nousee metsäpaloriskiä osoittavaan luke maan 4,0 (Tanskanen ym. 2005). Vastaa vasti tuoreiden ja lehtomaisten kankaiden pohjakerroksen kosteuspitoisuus jää usein korkeillakin metsäpaloindeksin arvoilla alle syttymiskosteuden (Tanskanen ym. 2006). Lisäksi on syytä huomioida, että suomalainen metsäpaloindeksi on kehi tetty nimenomaan syttymisherkkyyden ennustamiseen. Jo syttyneen metsäpalon käyttäytymisen ja esim. leviämisnopeuden ennustamiseen sitä ei ole tarkoitettu, eikä se siihen sellaisenaan sovellu, vaan siihen tarvitaan muita tietoja (Tanskanen 2007). Yleismaailmallisesti tunnetuin ja levin nein paloriskin ennustamismenetelmä on kanadalainen metsäpaloindeksi (Canadian Forest Fire Weather Index), jossa eri pa loainesten erilainen kosteuskäyttäytymi nen on otettu huomioon jakamalla indeksi kolmeen osaan: hienoainesindeksiin (Fine Fuel Moisture Code), pohjakerrosindeksiin (Duff Moisture Code) ja syvemmän kan gashumuksen indeksiin, "kuivuusindek siin' (Drought Code) (Van Wagner 1987). Hienoainesindeksin voidaan ajatella en nustavan nopeasti kuivuvien paloainesten, kuten hakkuutähteen, kuloheinän tai jäkälän syttyvyyttä. Pohjakerrosindeksin voidaan ajatella vastaavan lähinnä suomalaista metsä paloindeksiä ja korkean kangashumusindeksin kuvaavan nimensä mukaisesti äärimmäistä kuivuutta, jolloin suuri osa kuolleesta orgaanisesta biomassasta on kuivaa. Kuva 15. Esimerkkikartta metsäpaloindeksin vaihtelusta. Metsäpalovaroitus on voimassa oransseilla, punaisilla ja violeteilla alueilla, joissa indeksin arvo on yli 4,0 (Lähde: Ilmatieteen laitos). Kanadalainen metsäpaloindeksi on käytössä useissa maissa ja sen mahdollinen sovel tuvuus pohjoismaisiin oloihin on tutkimuksissa todettu hyväksi (Granström ja Schim mel 1998, Tanskanen ym. 2006). Kanadalainen metsäpaloindeksi sisältää lisäksi palon leviämistä ennustavan, tuulen voimakkuuden ja hienoainesindeksin avulla muodostet tavan tulen leviämisindeksin (Initial Spread Index) sekä kosteusindeksien ja palokuor man avulla muodostettavan potentiaalisen palokuormaindeksin (Buildup Index), joka siis kuvastaa sitä osaa palokuormasta, joka on riittävän kuivaa palaakseen. Näiden kah den indeksin avulla muodostetaan varsinainen paloindeksi (Fire Weather Index), joka ennustaa palointensiteettiä. Kanadalainen metsäpaloindeksi on siis menetelmä, joka pyrkii hierarkkisesti yhdistämään merkittävimmät palon leviämiseen ja voimakkuuteen vaikuttavat tekijät. Tästä syystä se toimii myös pohjana reaaliaikaisten paloennusteiden laadinnassa metsäpalontorjunnan asiantuntijajärjestelmissä (Canadian Wildland Fire In formation System, http://cwfis.cfs.nrcan.gc.ca). 33 3 Metsien paloainekset sekä niiden laadullinen ja määrällinen arviointi 3.1 Elävät ja kuolleet ainekset sekä puuainekset Metsien paloainekset ovat pääsääntöisesti orgaanisia biomassa-aineksia, joiden merkit tävimpinä muodostajina ovat elävät tai kuolleet kasvit, kasvien osat, niiden tuottamat yhdisteet sekä hajoamistuotteet. Usein metsien paloainekset jaetaan niiden erilaisen kosteuskäyttäytymisen vuoksi kahteen pääluokkaan: kuolleisiin ja eläviin aineksiin (kuvalö). Kuolleet ainekset (dead fuels) seuraavat kosteusvaihtelussaan lähinnä aineksen ko koluokan mukaan vaihtelevalla viiveellä sääolosuhteita, ja niiden kosteus-ja syttyvyys vaihtelu on tästä syystä huomattavan suurta (5-200 %). Elävät ainekset ( live fuels) taas pystyvät omilla elintoiminnoillaan ja fysiologisilla sopeutumillaan pitämään yllä tiettyä elintoimintojensa vaatimaa kosteutta tiettyyn ra jaan asti, vaikka sääolosuhteet vaihtelisivatkin. Tästä syystä elävien ainesten kosteus vaihtelu on vähäisempää kuin kuolleiden ainesten, eikä se ole yhtä kiinteästi sidoksissa ulkoisiin olosuhteisiin. Vaikka elävät ainekset ovat Suomen oloissa harvoin syttyviä, ei niiden merkitystä metsäpaloissa saa aliarvioida, sillä ne ovat latvapalojen tärkein palo aines. Huomionarvoista on etenkin se, että elävät havupuun neulaset sisältävät tuoreena runsaasti erilaisia helposti palavia öljymäisiä yhdisteitä kuten terpeenejä, joiden sytty mispiste on usein kuivia aineksia korkeampi. Tällainen aines syt tyy kuitenkin riittävän korkeissa lämpötiloissa lisäten palon inten siteettiä huomattavasti. On myös todettu, että suhteellisen pienet muutokset neulasten kosteuspro sentissa saattavat alentaa neulas ten syttyvyyttä ja siten lisätä lat vapalon riskiä (Agee ym. 2002). Tämän vuoksi neulasten kosteus onkin merkittävä latvapaloriski indekseissä käytetty muuttuja (Alexander 2006). On huomionarvoista, että osaan paloaineksista liittyy usein pitkä aikaisia muutosprosesseja, kuten hidas kuivuminen tuoreesta kui vaksi, jolloin jako elävään tai kuolleeseen ei ole tarkoituksenmukainen. Tästä syystä toisinaan puhutaan puuaineksista {woody fuels), jotka koostuvat puutuneista, ligniiniä ja selluloosaa sisältävistä soluista. Etenkin isomassaisille puuaineksille ovat luonteenomai Kuva 1 6. Eläviä ja kuolleita aineksia. 34 sia juuri pitkät muutosprosessit tuoreesta ja kosteasta puuaineksesta kuivaan ja helposti syttyvään puuhun. Puun lahoamisprosessissa taas lahottajaeliöt hajottavat selluloosaa ja ligniiniä vaikeammin palaviksi hajoamistuotteiksi. Nämä kuivumis-ja lahoamisproses sit vaihtelevat huomattavasti eri ilmasto-olosuhteiden, puulajien sekä puukappaleiden koon mukaan. Lisäksi puuainekset sisältävät vaihtelevia pitoisuuksia erilaisia haitta- ja torjunta-aineita, jotka usein ovat herkästi palavia, kuten esim. monien havupuiden pihka ja terva. Suomen oloissa jotkut keskeiset paloainekset, kuten tietyt sammalet ja jäkälät, ovat myös ongelmallisia sijoittaa elävä-kuollut luokitukseen. Kyse on elävistä kasveista tai sienistä, joilla kuitenkaan ei ole kehittyneempien kasvien kykyä ylläpitää tiettyä perus kosteutta. Niiden vesitalouden säätely on melko rajallista ja siten niiden kosteuteen vai kuttavat ympäröivät olosuhteet vaihtelevalla, joskus hyvinkin lyhyellä viiveellä. Niitä voidaankin pitää elävinä kasveina ja jäkälinä, jotka kuitenkin ovat kosteuskäyttäytymi seltään lähempänä kuolleita aineksia (Granström ja Schimmel 1998, Tanskanen 2007). 3.2 Hienot ja karkeat ainekset Jako eläviin ja kuolleisiin aineksiin ei siis ole aina toimiva. Tästä syystä paloaineksia luokitellaan myös suoraan niiden kuivumisnopeuden mukaan, joka on metsäpaloriskiä arvioitaessa keskeinen suure. Luokituksia on erilaisia, mutta perusperiaate on sama: pie nikokoisista osasista koostuvat ainekset, joilla on painoonsa nähden paljon pinta-alaa Kuva 17. Karkeita aineksia. 35 Kuva 1 8. Hienoja aineksia. kostuvat ja kuivuvat nopeasti. Ainekset voidaan esim. jakaa yksinkertaisesti hienoihin (fine fuels) ja karkeisiin (coarse fuels), joita ovat yli 6 mm:n läpimitan kokoiset ainekset (kuva 17). Hienot ainekset ovat nopeasti kuivuvia ja helposti syttyviä (kuva 18). Riit tävän hienot ainekset kuivuvat niin nopeasti, että käytännössä ne palavat metsäpalossa aina niiden kosteudesta riippumatta, koska palo pystyy kuivattamaan ne. Koska hienot ainekset ovat metsäpalon syttymisen ja leviämisen kannalta olennaisessa roolissa, on niiden määrän ja ominaisuuksien tunteminen tärkeää. Hienoista syttymisherkistä ainek sista käytetään toisinaan englanninkielisessä kirjallisuudessa kuvaavaa nimitystä flash fuels (salamapaloainekset). Luokitus hienoihin ja karkeisiin aineksiin toimii hyvin etenkin kuolleilla puuainek silla, mutta eläviin aineksiin se soveltuu huonommin kasvien kosteudensäätelykyvyn vuoksi. Luokitus on luonteeltaan kuvaileva, ja sitä on täydennetty esim. jakamalla puu ainekset läpimittaluokkiin niiden vaatiman kuivumisajan mukaan. Pohjois-Amerikassa käytetään yleisesti neliportaista kuivumisaikaan (1, 10, 100 ja 1000 tuntia) ja läpimitta luokkiin perustuvaa jaottelua. Hienoimpiin tunnin paloaineksiin (one hour fuels) luetaan läpimitaltaan keskimäärin alle 6 mm (n. 1/4 tuumaa) ainekset, jotka kuivuvat alle tunnis sa. Tätä 6 mm:n rajaa käytetään yleisesti hienojen ja karkeiden ainesten rajana. 3.3 Paloainesten määrä ja jakautuminen Paloainesten määrä eli palokuorma (fuel load) on keskeinen muuttuja esim. paloriskiä tai palon intensiteettiä arvioitaessa. Palokuonna määrää palossa käytössä olevan poten 36 tiaalisen energian, ja lisäksi palokuorman määrä vaikuttaa usein myös sen kosteuskäyt täytymiseen. Palokuorma ilmaistaan yleensä yksinkertaisesti massa/pinta-alasuhteena, esim. tonnia/hehtaari tai kilogrammaa/neliömetri. Paloainesten arvioinnissa on lisäksi syytä ottaa huomioon aineen jakautumisen ja tiiviyden {packing ) merkitys sen tuulettumiselle ja kosteuskäyttäytymiselle. Yleensä luokittelut perustuvat yksittäisten kappaleiden, esim. oksan, neulasen tai heinänkorren kosteuskäyttäytymiseen. Paloainekset ovat kuitenkin harvoin tasaisesti jakautuneina, vaan niiden määrä vaihtelee tilassa huomattavasti. Siten jos tietty aines esiintyy selkeästi esim. kasautumina (kuva 19), ei sen kosteusvaihtelun arvioinnissa aina voi suoraan so veltaa yksittäisten kappaleiden ennusteita (esim. heinänkorsi-heinäpaali, hakkuutähde hakkuutähdekasa). Hakkuutähteen kosteus vaihtelee merkittävästi esim. yksittäisten ok sien ja hakkuutähdevarastojen välillä. Käytännössä metsissä kuitenkin harvoin esiintyy puu- ja heinäaineksissa näin tiiviitä kasoja, vaan yleensä kasautumat ovat löyhiä. Sen sijaan pohja- ja maakerroksen paloainesten tiiviysvaihtelulla on olennainen merkitys esim. niiden syttyvyydelle. Paloaineksen jakaantuminen metsän kolmiulotteisessa tilarakenteessa määrää myös ai neksen jatkuvuuden, joka vaikuttaa ratkaisevasti palon etenemiseen ja käyttäytymiseen. Siten tietyt paloainekset saattavat olla erittäin helposti syttyviä, mutta ne esiintyvät epä säännöllisesti tai pistemäisesti. Tällöin palo sammuu paloaineksen loppuessa tai pystyy siirtymään johonkin toiseen paloainekseen. Koska suomalaisten metsien paloainesten määrille on ominaista heterogeeninen, mosaiikkimainen vaihtelu, palaa metsäpalossa lähes poikkeuksetta useaa eri paloainesta. Tästä syystä yksittäisten ainesten jatkuvuuden ohella on mielekästä tarkastella eri paloaineksien jakautumista eri palokerroksiin. Kuva 19. Palokuorman kasautumia ovat esim. ranka-, puu- tai risukasat, jotka saattavat olla myös riskikohtia palon latvaan nousulle. 37 4 Palokerrokset ja paloainestyypit 4.1 Palokerrokset Metsien paloaineksille on usein luonteenomaista niin pysty- kuin vaakasuuntainen vaih telu, mikä tekee metsien paloaineksien kokonaisuudesta heterogeenisen ja kerrokselli sen (Sandberg ym. 2001). Tästä syystä metsien paloainesten luokittelu pelkästään niiden itsensä mukaisesti ei useinkaan ole tarkoituksenmukaista. Sama paloaines voi esiintyä metsän eri kerroksissa, jolloin sen rooli metsän paloherkkyydelle saattaa vaihdella. Li säksi eri paloainekset ovat metsän tilarakenteessa usein sekaisin, ja palo etenee useita eri aineksia hyödyntäen. On siis järkevä jaotella pystysuunnassa metsä erilaisiin kerroksiin, jotka koostuvat erilaisten paloainesten yhdistelmästä. Useimmiten näitä kerroksia voidaan lisäksi luon nehtia kerroksen tärkeimmän paloaineksen mukaan. Nämä palokerrokset (fuel beds), joita luonnehditaan niiden paloainesten mukaan, ovat: maakerros, pohja- ja pintakerros (karike-, sammal- ja jäkäläkerros), kenttäkerros, pen sas- ja taimikerros ja latvuskerros (kuva 20). Paloainekset voidaan haluttaessa luokitella kerrosten mukaan: usein puhutaan maan paloaineksista (groundfuels), pinta-aineksista (surface fuels) ja latvusaineksista (aerialfuels) (Ottmar ym. 2007). Metsän kerroksellisuuden vaihtelu vaikuttaa myös eri palomuotojen esiintymiseen. Eri kerrosten ominaisuuksien perusteella voidaan arvioida eri palomuotojen riskiä eri laisissa kerroksellisuusyhdistelmissä sekä myös eri palomuotojen muutosten todennä köisyyttä erilaisissa tilanteissa (kuva 20). Tällöin usein avainasemassa ovat kerrosten väliset rajapinnat ja jatkuvuus kerroksesta toiseen. Palontorjunnan kannalta keskeisinä pintapalosta latvapaloksi muuttumisen aiheuttajina puhutaankin ns. välittäjäaineksista (ladder fuels), jotka herkästi nostavat liekkiä alemmista kerroksista latvuskerrokseen (kuva 21). 4.2 Paloainestyypit Paloaineksista sekä niiden muodostamista kerroksista koostuu metsikönpaloainestyyppi (fuel type) tai palokokonaisuus (fuel complex). Paloainestyyppi on kokonaisuus johon vaikuttaa paloaineksien määrä ja laatu sekä niiden vaaka-ja pystysuuntainen jakautu minen. Erilaisten metsiköiden jaottelu näiden ominaisuuksien perusteella riittävän ho mogeenisiin luokkiin onkin paloriskin arvioinnin ja palontorjunnan kannalta keskeisin luokittelu. 38 Kuva 20. Metsän paloaineskerrokset ja palomuodot USA:ssa käytettävää luokittelua mukaillen (Sandberg ym. 2001). Alla metsäpalomuodot ja mitä paloaineskerroksia ne pääasiallisesti kuluttavat Latvapalo Pintapalo Maapalo Latvuskerros Pensas- ja alikasvoskerros Pohjakerros Pensas- ja alikasvoskerros Kenttäkerros Maakerros 39 Kuva 21 .Välittäjäainekset, kuten alhaalle ulottuva oksisto, lupot ja naavat sekä alikasvos, helpottavat palon latvaan nousua (kuva: Metla / Ilkka Vanha-Majamaa). 5 Suomen metsien paloainekset Luokittelussa esitellään metsien paloainekset ja niiden ominaisuudet kerroksittain. Palo aineksista esitellään tärkeimmät ja ne on yhdistelty tarkoituksenmukaisiin ryhmiin, jos ne eivät ominaisuuksiltaan merkittävästi poikkea toisistaan tai ovat merkittävyydeltään vähäisiä. Täten esim. havupuut ja lehtipuut käsitellään ryhminä. Yhteenveto paloainesten ominaisuuksista ja merkityksestä on esitetty taulukossa 2. Paloainesten keskimääräiset määrät perustuvat aiempiin tutkimuksiin. Kehittyvien kau kokartoitusmenetelmien sekä eri biomassaositteita arvioivien mallien (esim. Lehtonen ym. 2004, Muukkonen ja Mäkipää 2006) avulla voidaan nykyään laatia metsävaratie toon pohjautuvia kuviokohtaisia arvioita paloainesten määristä. 5.1 Latvuskerros Metsiin kuuluu vaihtelevan kokoinen ja -rakenteinen puusto, joka voi koostua yhdestä tai useasta puulajista. Metsän määritelmän mukaan metsä voi olla myös (tilapäisesti) puuton, jolloin latvuskerros puuttuu (esim. uudistusalat). Latvuskerroksen paloherkkyy teen vaikuttavat ratkaisevimmin latvuksen määrä, rakenne ja laatu (kuva 22). Mitä enemmän puustoa on, sitä enemmän latvuskerroksessa on paloainesta. Palo aineksen riittävä määrä on latvapaloissa keskeisessä roolissa, koska palon leviämisen edellytyksenä on riittävä ja tasainen kerros, eli yksittäisten puiden latvusten on oltava lähellä toisiaan. Jos puusto on harvaa ja/tai aukkoista, ei tuli pysty leviämään latvuksesta toiseen. Metsäpalontorjunnan kannalta on olennaista kuinka sulkeutunut latvuskerros Kuva 22. Metsän latvuskerrosta. 41 Kasvupaikkatyyppien lyhenteet: L=lehto, LhK=lehtomainen kangas. Tk=tuore kangas, KhK=kuivahko kangas, KuK=kuiva kangas, KrK=karukkokangas (tarkemmin luvussa 6.2.1) Taulukko 2. Yhteenveto paloaineksista. Kerros Elävä tai kuollut puu Hieno tai karkea Kuivumisnopeus ja syttymisherkkyys Jatkuvuus Metsätyyppi Puulaji Kehitysluokka Yleisyys ja merkitsevyys Elävät neulaset latvus, pensas elävä hieno pieni/ kohtalainen vaihtelee kaikki kuusi, mänty taimikot, uudistuskypsät suuri Elävät lehdet latvus, pensas elävä hieno pieni vaihtelee L-KhK lehtipuut taimikot, uudistuskypsät pieni Varvut kenttä elävä hieno pieni kohtalainen Tk-KuK kuusi, mänty taimikot, uudistuskypsät kohtalainen Ruohot, heinät kenttä elävä hieno pieni vaihtelee L-KhK lehtipuut, kuusi, mänty kaikki pieni Poronjäkälät pohja elävä hieno suuri vaihtelee KhK-KrK mänty kaikki kohtalainen, paikoin suuri "Metsäsammalet" pohja elävä hieno kohtalainen kohtalainen Tk-KuK kuusi, mänty varttuneet, uudistuskypsät suuri Rahkasammalet pohja elävä hieno pieni kohtalainen suot kaikki kaikki pieni Muut sammalet pohja elävä hieno pieni kohtalainen L-LhK lehtipuut, kuusi kaikki pieni Kuollut, pieniläpi- mittainen puuaines ja neulaset latvus pensas kenttä pohja kuollut kuollut kuollut kuollut hieno hieno hieno hieno suuri suuri suuri suuri vaihtelee vaihtelee vaihtelee vaihtelee kaikki kaikki kaikki kaikki kuusi kuusi kaikki kaikki varttuneet taimikot aukeat aukeat pieni kohtalainen suuri suuri Kuollut, suuriläpi- mittainen puuaines kaikki kuollut karkea pieni vähäinen kaikki kaikki kaikki pieni Kuloheinä kenttä kuollut hieno suuri vaihtelee L-KhK kaikki (etenkin lehtipuut) etenkin aukeat kohtalainen, paikoin suuri Neulaskarike pohja kuollut hieno kohtalainen vaihtelee kaikki kuusi, mänty kaikki pieni Lehti kari ke pohja kuollut hieno kohtalainen vaihtelee L-KhK lehtipuut kaikki pieni Turve maa kuollut hieno pieni suuri turvemaat kaikki kaikki kohtalainen, paikoin suuri Kangashumus maa kuollut hieno pieni suuri Tk-KuK kuusi, mänty kaikki kohtalainen 42 Kuva 23. Kuivahkon kankaan tasarakenteista metsää. on, eli kuinka kiinteä ja jatkuva on yksittäisten puiden latvusten yhteys. Latvuskerroksen peittävyydellä (0-100 %) voidaan kuvata melko hyvin latvuskerroksen yhtenäisyyttä, ja sitä on käytetty esim. latvapaloriskin kuvaajana erilaisissa metsiköissä. Latvapaloriskiin vaikuttavat kuitenkin pelkän latvuskerroksen peittävyyden ohella myös latvuskerroksen rakenne sekä sääolot. Suomessa latvuskerroksen peittävyys ei kuulu metsäsuunnittelussa mitattaviin tunnuksiin. Latvuskerrosta voidaan kuitenkin jossain määrin kuvata metsäta loudellisilla tunnuksilla, kuten kuutiomäärällä tai pohjapinta-alalla. Nämä kuvaavat kui tenkin puun taloudellisesti arvokkaimman osan, rungon, ominaisuuksia, ja antavat vain suuntaa-antavan käsityksen latvuksesta. Metsätalouden tunnuksista runkoluku (kpl/ha) yhdistettynä edellisiin tunnuksiin tai keskiläpimittaan lienee metsäpalontorjunnan kan nalta paras latvapaloriskin kuvaaja, koska se selkeimmin kuvaa metsikön suoranaista tiheyttä. Lähitulevaisuudessa metsäsuunnittelutiedon keruussa siirrytään laserkeilaus pohjaiseen kaukokartoitukseen, mikä mahdollistaa latvuspeittävyyden arvioinnin met sällisen tiedonkeruun yhteydessä. 43 Kuva 24. Erirakenteista metsää. Metsän rakenteella on niin ikään suuri vaikutus latvapaloriskiin. Tasarakenteisessa metsässä puut ovat keskimäärin melko samankokoisia, eli ne muodostavat yhtenäisen, samankorkuisen latvuskerroksen (kuva 23). Nuoremman ikävaiheen tasarakenteisessa metsässä paloherkkyys on usein suurempi, koska palo voi nousta matalammalla olevaan latvuskerrokseen myös vähäisemmällä liekinkorkeudella. Vanhemmissa metsissä latvus kerroksen ja alempien kerrosten väliin muodostuu epäjatkuvuuskohta, eikä tuli pääse nou semaan latvuksiin ilman poikkeusolosuhteita. Suomessa viime vuosikymmeninä harjoite tun metsänhoidon tuloksena ylivoimaisesti suurin osa metsistä on tasarakenteisia, mikä on osaltaan alentanut paloriskiä. 44 Kuva 25. Kaksijaksoista metsää. Erirakenteisessa metsässä latvuskerros on selkeästi monikerroksellinen, eli metsässä on kaikenkokoisia puita. Tällöin latvuskerroksen voi ajatella muodostuvan koko metsi kön korkeuden suuruiseksi (kuva 24). On luonnollista, että tällaisissa metsissä tulen siir tyminen pintapalosta latvapaloksi on helpompaa. Erirakenteisia metsiä on maassamme tällä hetkellä vähän, painottuen Pohjois-Suomeen ja luonnonsuojelualueille. Metsälain säädännön uudistuminen ja metsänhoitopolitiikan muuttuminen sallivampaan suuntaan lähitulevaisuudessa saattaa lisätä erirakenteisten metsien määrää, joskin mahdollinen muutos tapahtuu hitaasti. Kaksijaksoinen metsä muodostuu kahdesta erillisestä latvuskerroksesta, jolloin isom man ja yleensä vanhemman puustokerroksen alla on Suomen oloissa yleensä kuusi- tai mäntyvaltainen huomattavasti pienempi alikasvos (kuva 25). Kaksijaksoiset metsät pe riaatteessa lisäävät latvapalovaaraa, koska useimmiten kuusesta koostuva alikasvosker ros voi palaessaan nostaa liekin latvaan. Alikasvokset ovat kuitenkin usein aukkoisia ja epätasaisia, mikä vähentää paloriskiä. Lisäksi kuusialikasvokset esiintyvät useimmin rehevähköillä, koivuvaltaisilla mailla, joissa paloriski kasvupaikkatyypin ja ylemmän jakson lehtipuuvaltaisuuden vuoksi on matala. Latvuksen laatu määräytyy melko pitkälle puulajin mukaan. Lehtipuiden lehdet ovat elävää paloainesta ja siten yleensä aina kosteita. Lehtipuihin ei myöskään synny samassa mitassa kuivia, syttymisherkkiä oksia kuin havupuihin, ja lehtipuiden puuaines myös oksissa on tuoretta ja nopeasti lahoavaa, jolloin kuivan oksan vaihe jää lyhyeksi. Lehti 45 Kuva 26. Myrskyn kaatama tuulenkaatorytö, puut eivät olekaan varsinaisesti paloherkkiä, vaan palavat ainoastaan riittävän korkeissa lämpötiloissa, vaikka koivujen hieno tuohi palaa rungonpinnoissa herkemminkin. Havupuiden neulaset ovat huomattavasti lehtiä paloherkempiä. Vaikka tuoreet neu laset ovat kosteita, syttyvät ne tuoreinakin sisältämiensä yhdisteiden vuoksi. Neulasten lämpöarvo on siksi tuorekosteana melko korkea. On myös huomionarvoista, että neu lasten kosteus vaihtelee siten, että uusimmat neulaset, jotka sijaitsevat oksien kärjis sä ja siten latvuksen pintaosissa, ovat kosteampia kuin vanhimmat muutaman vuoden ikäiset neulaset (Agee ym. 2002). Havupuun latvuksen tyvi-ja sisäosissa on kuolevia ja kuivuvia neulasia. Yhdessä latvuksen alaosissa olevien kuolleiden oksien kanssa tämä mahdollistaa liekin nousun yksittäisiä puita pitkin latvaan. Tämänkaltaista soihtupaloa tapahtuu ennen muuta kuusella, joka suuren neulas-ja oksabiomassansa, ohuempien ja helposti kuivuvien oksiensa sekä alemmas ulottuvan latvuksensa vuoksi on puulajeis tamme paloherkin. Metsät sisältävät myös vaihtelevassa määrin erilaisia kuolleita tai kuolevia tai vaih televan kuivia pystypuita kuten keloja ja kuivasia (pystyynkuolleita havupuita), konke loita (toisen puun varassa olevia puolittain kaatuneita puita) sekä pökkelöitä (pystyyn kuolleita lehtipuita) (kuva 26). Nykymetsissä näitä yleensä on kuitenkin niukalti. Vaikka näiden osuus metsikön puustosta on pieni, niiden merkitys tulen mahdolliselle latvaan nousulle voi olla suuri. 5.2 Pensaskerros Pensaat eivät varsinaisesti ole selkeä erillinen kasviryhmä, vaan pikemminkin sopimus varainen ryhmä, joka määritellään mm. niiden korkeuden mukaan. Yleensä pensailla tar koitetaan puuvartisia, yli puolen metrin korkuisia, haarovia kasveja, jotka eivät muodos ta selkeää päärunkoa (esim. Päivänen 2006). Tätä pienemmät haarovat puuvartiset kasvit ovat varpuja ja päärunkoiset taas puita. Määritelmä on tulkinnanvarainen, ja Suomessa pensaskerrokseen luetaankin usein varsinaisten pensaiden ohella alle kahden metrin ko koiset puun taimet. Tässä kirjassa pensaskerrokseen lasketaan kuuluvaksi 0,5-2,0 metrin korkuiset puuvar tiset kasvit: varsinaiset pensaat, puiden taimet sekä isot varvut. Näin ollen Suomen oloissa voisikin puhua alikasvoskerroksesta tai pensas- ja taimikerroksesta (kuva 27). Tämä on perusteltua siksikin, että Suomessa metsäpaloriskin kannalta aidoilla pensailla ei ole ko vinkaan suurta merkitystä, koska ne harvoin muodostavat yhtenäistä kerrosta ja ovat ka tajaa lukuun ottamatta lehtipensaita ja siten heikosti kuivuvia ja huonosti palavia. Lisäksi pensaiden runsaus keskittyy Suomessa etenkin rehevämmille maille, joissa metsäpaloriski on muutenkin pieni. Pensaskerroksen paloriski onkin sidoksissa kuusi- tai mäntyalikasvok seen (ks. edellinen luku). Näistä syistä Suomen oloissa raja pensaskerroksen ja puusto- tai latvuskerroksen välillä on liukuva. Kataja (Juniperus communis) on pensaistamme paloherkin (kuva 28). Katajien ala osissa on säännöllisesti kuivia oksia ja neulasia, jotka ovat erittäin syttymisherkkiä. Sa moin syttymisherkkiä ovat katajikoissa usein tavattavat kuolleet tai kuolevat katajat. Laajat, yhtenäiset katajikot, joita tavataan esim. saaristossa, lisäävät maastopaloriskiä merkittävästi. Kuva 27. Pensas- ja taimikerrosta. 47 Kuva 28. Kataja - paloherkkä pensaamme Palokoro männyn tyveltä kertoo menneestä metsäpalosta. 5.3 Kenttäkerros Alle puolen metrin korkuiset kasvit muodostavat kenttäkerroksen, joka yhdessä pohja kerroksen kanssa muodostaa vyöhykkeen, jossa syttyminen sekä pintapalon leviäminen useimmiten tapahtuu (kuva 29). Kenttä-ja pohjakerroksen sekä maapuuston eri materi aalien välillä on huomattavia eroja niiden kosteuskäyttäytymisessä ja syttymisherkkyy dessä. Kenttäkerros voidaan jakaa eläviin heiniin ja ruohoihin, varpuihin sekä kuollee seen heinään eli kuloheinään. 48 Kuva 29. Kenttäkerroksen ruohoja ja heiniä. Elävät heinät ja ruohot ovat tuoreita kasveja, joiden kosteuspitoisuus ei juuri vaihtele, joten ne eivät käytännössä koskaan ole syttymisherkkiä, mutta palavat kyllä riittävän kor keaintensiteettisessä palossa. Vaikka vihreisiin kasveihin kuuluvat kaikki yhteyttävät kas vit, tarkoitetaan metsäpaloterminologiassa vihreällä kasvillisuudella etenkin putkilokasvi en tuoreita, vihreitä versoja ja verson osia, kuten puiden ja pensaiden lehtiä. Vihertymisellä (green up) tarkoitetaan siten kasvukauden alussa tapahtuvaa ruohojen ja heinien kasvua sekä puuvartisten kasvien lehtien puhkeamista, mikä vähentää metsäpaloriskiä. Ruohot ja heinät menestyvät Suomessa rehevimmillä kasvupaikoilla, ja niiden esiintyminen on useimmiten sidoksissa muihin metsäpaloriskiä alentaviin tunnuksiin, kuten lehti- tai seka puustoon sekä ohueen kangashumus-ja sammalkerrokseen. Suurin osa ruohoista ja heinis tä on yksivuotisia ja lakastuvia, joten niihin liittyy selkeä kausivaihtelu (ks. kuloheinä). Varvut ovat puuvartisia alle puolen metrin korkuisia kasveja. Raja varpujen ja pensai den välillä perustuu sopimuksenvaraiseen määritelmään ja useiden suomalaisten varpujen voidaan katsoa esiintyvän pensaina ja päinvastoin (Päivänen 2006). Varvut eivät tuorei na yleensä Suomessa ole syttyviä, eikä niiden kosteuspitoisuus juurikaan laske alle 50 prosentin, mutta pieniläpimittaista puuainesta sisältävinä ja toisinaan jatkuvina aineksina Kuva 30. Kanervaa. 49 Kuva 3 1 . Mustikan ja puolukan varvustoa. ne saattavat palaa jo melko matalaintensi teettisissäkin paloissa nostaen siten liekin korkeutta. Kuivempien metsätyyppien kanerva (Calluna vulgaris) ja variksen marja (Empetrum nigrum) ovat merkit täviä paloaineksia näillä tyypeillä (kuvat 30, 32), kun taas "vihreämmät" puolukka (Vaccinium vitis-idaea) ja etenkin mustik ka (Vaccinium myrtillus) eivät ole yhtä pa loherkkiä (kuva 31). Kuolleet, kuivuneet varvut (etenkin kanerva ja variksenmarja) ovat erittäin herkästi syttyviä ja korkeal la intensiteetillä palavia, eli käyttäytyvät samoin kuin pieniläpimittainen kuollut puuaines. Laajat kuivuneet varvustot ovat kuitenkin harvinaisia metsissämme. Kuva 32. Puolukkaa ja variksenmarjaa. Kuva 33. Kuloheinää. 50 Kuloheinällä (kuva 33) tarkoitetaan edellisen kasvukauden kuolleita, kuivuneita heiniä ja heinämäisiä kasveja. Metsäolosuhteissa tärkeimmät heinälajit ovat erilaiset kastikat (Calamagrostis-suku) ja metsälauha (Deschampsia flexuosa). Suometsissä ja kosteilla niityillä myös sarat (Carex-suku) ovat runsaita. Ruohot yleensä lakastuvat eivätkä käy tännössä tuota metsissä samassa mitassa paloainesta seuraavalle keväälle. Kuloheinä on tyypillinen "salamapaloaines", nopeasti tuulettuva ja helposti syttyvä, joka kuivuu yleen sä suotuisissa olosuhteissa vähintään vuorokaudessa, usein jopa tunneissa (kuva 34). Kuloheinän paloa useimmiten rajoittaakin pikemmin sen epäjatkuvuus kuin huonot palo-olosuhteet. Kuloheinä palaa useimmiten korkealla intensiteetillä ja nopeasti, mut ta kausivaihtelun vuoksi heinä- eli ruohikkopalojen riski laskee nopeasti vihertymisen edistyessä ja tuoreiden heinänversojen peittäessä edellisvuotisen kasvuston. Heinäpalojen riskiaika vaihtelee runsaasti vuosittain, mutta pääsääntöisesti heinäpaloriski alkaa välittö mästi lumen sulettua ja loppuu kesäkuun alkupuolella. Yleisen metsäpaloriskin kannalta Kuva 34. Eri paloainesten kuivuminen avohakkuualalla (Lammi, Evo 2004, Metla, julkaisematon aineisto). Aineksille voidaan myös arvioida karkeat syttymistodennäköisyydet esim. käyttämällä suuntaa-antavana raja-arvona 30 prosentin kosteutta, jolloin eri aineksille saadaan seuraavat määrät potentiaalisia syttymispäiviä mittauspäivistä (51): Kuusen hakkuutähde (H-tähde) 38/51 Kuloheinä (Heinä) 35/51 Jäkälä 20/51 Seinäsammal (Seinä) 10/51 Kanerva 0/51 Kuvasta käy ilmi eri ainesten erilainen kosteuskäyttäytyminen. Kuusen hakkuutähde sekä kuloheinä hie noina kuolleina aineksina eivät pysty pidättämään vettä, joten ne kuivuvat nopeasti. Jäkälä kuivuu hieman hitaammin, mutta kuitenkin verrattain nopeasti. Seinäsammalta tarkasteltaessa huomataan sammalen tiiviistä kasvutavasta aiheutuva vedenpidätyskyky, jonka takia sammalen kuivuminen on huomattavasti hitaampaa. Kanerva on elävä aines, jonka kosteus ei kuivanakaan aikana laske alle 50 prosentin. Jäkälän syttymisriski on siis noin kaksinkertainen ja hakkuutähteellä ja heinällä kolmin-nelinkertainen seinäsammaleeseen verrattuna. On kuitenkin huomattava, että nämä tulokset ovat vain esimerkinomaisia ja sidoksissa kesän 2004 sääoloihin. Esim. pitkinä kuivina jaksoina erot tasoittuvat. 51 huomionarvoinen on pitkä kuiva jakso esim. toukokuussa, jolloin vihertyminen ei vielä ole peittänyt kuloheinää, mutta kuivuus on jo kuivattanut pohja-ja maakerroksen. Heinät ovat pääsääntöisesti valoa vaativia kasveja. Runsas heinien esiintyminen met sissä eli heinittyminen keskittyy siksi aukeille alueille, kuten uudistusaloille sekä valoi siin, usein nuoriin tai lehtipuuvaltaisiin tuoreisiin tai lehtomaisiin metsiin. Kuivimmilla ja karuimmilla metsätyypeillä heinien määrä on vähäinen. Suomalainen maastopalovaroitusjärjestelmä pyrkii arvioimaan keväistä heinäpalo riskiä erityisellä ruohikkopalovaroituksella, joka perustuu ohuen humuskerroksen kos teuden arviointiin. Ruohikkopalovaroitus ei ole lakisääteinen, eikä varsinaisesti aseta rajoituksia, vaan pyrkii yleisesti kiinnittämään huomiota kuloheinikoiden korkeaan paloriskiin. Ruohikkopalovaroitus mielletään ensisijaisesti ehkä erilaisten joutomaiden paloriskin kuvaajaksi, mutta on syytä muistaa että metsissäkin on heinittyneitä alueita, joissa paloriski voi olla suuri. 5.4 Maapuusto Puiden luonnollisen kuolemisen, erilaisten tuhojen sekä hakkuiden tuloksena metsissä on vaihtelevassa määrin erikokoista ja -ikäistä, kuivumis- ja syttymisominaisuuksiltaan vaihtelevasti kuollutta tai kuolevaa puuainesta. Metsäpaloriskin kannalta tärkein ele mentti on pieniläpimittainen, hieno puuaines, joka koostuu oksista ja neulasista. Oksa-ja neulasainesta syntyy laajemmassa mittakaavassa ennen kaikkea hakkuiden yhteydessä metsään jäävästä hakkuutähteestä (kuva 35). Hienona puuaineksena hakkuutähde kuivuu nopeasti ja on helposti syttyvää, etenkin havupuiden hakkuutähde. Hakkuutähteestä suurin osa koostuu elävistä oksista ja neu Kuva 35. Hakkuutähdettä. 52 lasista, joiden osuus on 85-90 % (Hakkila 1991). Näistä neulasten osuus männiköissä on keskimäärin 20-25 %ja kuusikoissa 25-35 % (Hakkila 1991, Nurmi 1999 b). Hakkuu alalle jäävän hakkuutähteen määrä riippuu luonnollisesti korjattavan puuston määrästä ja laadusta. Keskimäärin männiköissä syntyy noin 100 kilogrammaa ja kuusikoissa noin 150-200 kilogrammaa hakkuutähdettä kuivamassana runkokuutiometriä kohti (Hakkila ym. 1998). Hehtaarikohtainen vaihtelu on männiköissä noin 15-30 tonnin ja kuusikoissa noin 20-60 tonnin luokkaa (Hakkila ym. 1998). Uusissa metsävaratiedon keruun me netelmissä voidaan arvioida kuviokohtaisesti biomassan kokonaismäärää ja biomassa osuuksien jakaantumista, mitä voidaan käyttää hyödyksi myös metsäpalontorjunnassa. Vaikka hakkuutähdettä syntyy siis varsinkin päätehakkuissa runsaasti, ei sen jatku vuus kuitenkaan yleensä riitä laajamittaiseen palon leviämiseen, etenkään koska hak kuutähde on nykyisten korjuutekniikoiden vuoksi useimmiten keskittynyttä. Sen sijaan palon syttymisen sekä palointensiteetin nousun kannalta hakkuutähteen runsaalla mää rällä on selkeästi metsäpaloriskiä nostava vaikutus. Viime vuosina on hakkuutähteitä ja kantoja ruvettu lisääntyvässä määrin korjaamaan bioenergiaksi etenkin kuusivaltaisilta päätehakkuualoilta, mikä vähentää huomattavasti näiden alueiden palokuormaa. Hakkuutähde kuivuu tuoreesta syttymiskuivaksi verrattain nopeasti, yleensä muutamis sa viikoissa. Kuiva, pieniläpimittainen irrallaan oleva hakkuutähde seuraa ilmankosteutta ja reagoi pienellä viiveellä kosteusolosuhteisiin esim. kuloheinän tavoin kuivuen ja kos tuen nopeasti. Tiiviit kasat säilyttävät kosteuden huomattavasti paremmin, ja kuivuminen on huomattavasti hitaampaa ja kosteusvaihtelu vähäisempää. Esim. hakkuutähdevarasto jen kosteuspitoisuus on useimmiten yli 35 % (tuoreainesprosentti) (Nurmi 1999 a, b). Kuva 36. Järeää maapuustoa. 53 Hakkuutähteen lämpöarvo on jopa runkopuun lämpöarvoa korkeampi, mikä johtuu neulasten osuudesta sekä oksapuun korkeasta, ligniinipitoi sen ja raskaan lylypuun osuudesta (Nurmi 1993, 1997). Puun eri osien ja eri puulajien väliset erot ovat kuitenkin melko pieniä, ja peittyvät kosteu desta aiheutuvan vaihtelun alle (Nurmi 1993). Pieniläpimittaisena hakkuutähde myös lahoaa no peasti, keskimäärin muutamassa vuodessa, jolloin sen palamisominaisuudet heikkenevät merkittä västi pienentäen syttymisriskiä. Kuva 37. Pökkelöt ja kannot voivat palaa pitkään. Metsään syntyy kuollutta maapuustoa sekä luontaisesti että metsien käsittelyn seurauksena. Aiemman metsänhoidon tuloksena maapuun mää rä metsissä on keskimäärin varsin pieni, erityisesti Etelä-Suomessa, vain muutamia kuutioita hehtaa rilla (Metsätilastollinen... 2009). Nykyisten met sänkäsittelyohjeiden tuloksena metsiin suositellaan nykyään jätettäväksi yksittäiset maapuut sekä pie nehköt maapuukeskittymät. Tällaiset kaatuneet puut sisältävät luonnollisesti myös herkästi sytty vän oksiston ja neulasiston. Vaikka tällaisilla yksit täisillä puilla ja maapuuryhmillä ei niiden vähäisen määrän vuoksi välttämättä ole suurta merkitystä metsäpalon leviämiselle, voi niiden rooli paikallisesti olla merkittävä palointensiteetin ja liekinkorkeuden lisääjänä. Etenkin