Maanjäristys muovimukissa! Rakeiden koko ratkaisee maan nesteytymisen

Olen Science Trainer Ken Kuwako. Jokainen päivä on kokeilupäivä!

Oletko koskaan nähnyt maanjäristyksestä kertovissa uutisissa kuvia rakennuksista, joiden pitäisi olla tukevia mutta jotka ovatkin kallistuneet, tai viemärikaivoista, jotka näyttävät ponnahtaneen ylös maanpinnasta? Ilmiön takana on nesteytyminen eli liquefaction, jossa maa alkaa käyttäytyä lähes kuin neste. Tällä kertaa kokeilimme, miten tämän ilmiön voi jäljitellä luokkahuoneessa aivan tavallisilla muovimukeilla.

Teimme nesteytymiskokeen muovimukeilla. Mukeihin laitoimme hiekkaa, hiekkaa hienojakoisempaa maata sekä hiekkaa karkeampaa soraa. Täytimme 100 ml:n mittalasin täyteen hiekkaa ja siirsimme sen mukiin. Näin valmistimme yhteensä 20 mukia.

Kokeen valmistelu ja maanjäristyksen jäljitteleminen

Lisää mukissa olevaan hiekkaan vettä niin, että koko hiekka kostuu. Jos vettä nousee kokeen aikana hiekan pinnalle, pyyhi pinnalla oleva vesi varovasti talouspaperilla niin, että pinta jää kuivaksi. Tämän jälkeen mukia ravistellaan sivusuunnassa maanjäristyksen jäljittelemiseksi.

Koska ryhmiä on kymmenen, annamme jokaiselle ryhmälle kaksi mukia ja ravistelemme vain toista niistä.

Ennen ravistelua

Ravistelun jälkeen

Kuten kuvista huomaa, ravistelun jälkeen vettä alkaa nousta hiekan pinnalle. Tässä kokeessa on kuitenkin yksi erityisen kiinnostava yksityiskohta: hiekan korkeus on ennen ravistelua ja sen jälkeen lähes täsmälleen sama.

”Korkeus näyttää samalta, mutta vettä tulee ulos” – miksi?

Juuri se, ettei korkeus muutu, paljastaa jotain nesteytymisen perimmäisestä mekanismista. Hiekanjyvien välissä on alun perin pieniä rakoja, joissa on vettä. Kun maa ei liiku, hiekanjyvät pakkautuvat toisiaan vasten ja muodostavat rakenteen, joka tukee itseään. Samalla vesi jää loukkuun jyvien välisiin rakoihin.

Kun hiekkaa kuitenkin ravistellaan sivusuunnassa, jyvien muodostama rakenne hetkellisesti häiriintyy ja jyvät pääsevät liikkumaan paljon vapaammin. Tällöin niiden väliin jäänyt vesi puristuu ulos ja nousee maan pinnalle.

Toisin sanoen koko materiaalin tilavuus eli korkeus muuttuu vain vähän, mutta jyvien menettäessä tukensa niiden väliin jäänyt vesi pääsee nousemaan pintaan. Tässä piilee nesteytymisen salaisuus.

”Hiukkasten koko” ratkaisee kaiken

Kun kokeen tekee mullalla, nesteytymistä ei juuri havaita…

Kun kokeen tekee soralla, nesteytymistä tapahtuu vielä vähemmän.

Mielenkiintoista on se, ettei ilmiö tapahdu kovin helposti myöskään silloin, kun hiukkaset ovat hiekkaa hienompia tai karkeampia. Tässäpä riittää pohdittavaa!

Tämä tulos kertoo meille myös geologisesti tärkeästä ominaisuudesta: nesteytymistä tapahtuu herkimmin silloin, kun maa koostuu juuri sopivan kokoisista hiukkasista. Hienojakoisessa maassa, kuten savipitoisessa materiaalissa, hiukkaset tarttuvat helposti toisiinsa esimerkiksi sähköisten voimien vaikutuksesta. Myös hiukkasten väliset raot ovat hyvin pieniä, joten veden on vaikea liikkua niiden läpi. Siksi vesi ei pääse helposti puristumaan ulos edes maan täristessä.

Karkeassa sorassa taas hiukkasten väliset raot ovat sinänsä suuria, mutta hiukkaset takertuvat toisiinsa epätasaisten pintojensa ansiosta ja muodostavat tukevan rakenteen. Siksi tavallinen ravistelu ei helposti saa rakennetta hajoamaan.

Hiekka osuu näiden kahden väliin. Sen hiukkaset ovat tarpeeksi pieniä, jotta rakenne voi helposti häiriintyä, mutta samalla niiden välissä on riittävästi tilaa veden liikkumiselle. Siksi hiekka on erityisen altis nesteytymiselle. Myös todellisissa maanjäristyksissä nesteytymistä havaitaan paljon esimerkiksi täyttömailla ja jokien läheisillä hiekkaisilla alueilla. Hiukkaskoko on siis yksi tärkeä tekijä tämän ilmiön taustalla.

Tämän kokeen voi tehdä myös akvaariossa. Näin kokeesta saa paljon näyttävämmän kuin muovimukilla, mutta jos haluaa tehdä yhden kokeen jokaiselle ryhmälle, valmisteluun kuluu hieman enemmän aikaa.

Ennen ravistelua.

Ravistelun jälkeen.

Hiekka ja savi – samaa ”maata”, mutta valtava ero

Kokeilimme samaa koetta myös savella hiekan sijaan. Tuloksena oli, että savi nesteytyi huomattavasti vähemmän kuin hiekka.

Tässä savi ennen ravistelua.

Ravistelun jälkeen.

Hiekka ja savi näyttävät molemmat tavalliselta ”maalta”, mutta niiden hiukkaskoko ja koostumus ovat täysin erilaiset. Siksi myös niiden käyttäytyminen maanjäristyksessä voi olla aivan erilaista.

Tässä kokeessa onkin jotain hienoa: vaihtamalla vain yhden muovimukin sisällön toiseen hiukkasmateriaaliin koko lopputulos voi muuttua dramaattisesti. Se muistuttaa meitä siitä, että tavallinen ”maa”, jonka päällä kävelemme joka päivä sen enempää ajattelematta, onkin todellisuudessa hyvin herkkä kokonaisuus, joka pysyy koossa monimutkaisen tasapainon ansiosta.

Yhteydenotot ja yhteistyöpyynnöt

Tuodaan tieteen ihmeet ja hauskuus lähemmäs arkea! Sivustolta löydät helposti kotona tehtäviä hauskoja tiedekokeita sekä vinkkejä niiden onnistuneeseen toteuttamiseen. Kokeile hakea ja tutustu erilaisiin kokeisiin!

・科学のネタ帳-sivuston sisällöstä on julkaistu kirja. Lisätietoja löydät täältä
・Lisätietoja sivuston ylläpitäjästä Ken Kuwakosta löydät täältä
・Erilaiset yhteistyö- ja toimeksiantopyynnöt, kuten kirjoittaminen, luennot, tiedekerhot, TV-ohjelmien tieteellinen konsultointi ja esiintyminen, löytyvät täältä
・Uusimmat artikkelit ja päivitykset julkaistaan X:ssä!

科学のネタチャンネル -kanavalla julkaistaan tiedekokeiden videoita!

９月のイチオシ実験！

お弁当箱をプラバンがわりにしてキーホルダーを作ろう！

プラスチックお弁当箱を使ったキーホルダー作り！

テレビ番組監修・イベント等のお知らせ

• ８月２７日（木）科学監修番組放送予定
• ９月２０日（日）ダビンチマスターズ出演予定
• １０月１０日（土）11:15~12:00　千葉市科学フェスタ2026「桑子先生の回転科学ショー」にてサイエンスショーを行います。
• 12月26日（土）　ナリカサイエンスアカデミー（教員向け実験講習会）開催

書籍のお知らせ

• 『高校入試 分解問題集 理科』（学研）…難しい問題も小さな問題に分解することで、問題を解くことができます。そんな分解の技術が身につくように深く関わりを持って作りました。 『大人のための高校物理復習帳』（講談社）…一般向けに日常の物理について公式を元に紐解きました。特設サイトでは実験を多数紹介しています。※増刷がかかり６刷となりました（2026/02/01）
• 『きめる!共通テスト 物理基礎 改訂版』（学研）…　高校物理の参考書です。イラストを多くしてイメージが持てるように描きました。授業についていけない、物理が苦手、そんな生徒におすすめです。特設サイトはこちら。

各種SNS（更新情報をお届け！）

【日本語】X(Twitter)／instagram／Facebook　【英語】BlueSky／Threads

Explore

• 楽しい実験…お子さんと一緒に夢中になれるイチオシの科学実験を多数紹介しています。また、高校物理の理解を深めるための動画教材も用意しました。
• 理科の教材… 理科教師をバックアップ！授業の質を高め、準備を効率化するための選りすぐりの教材を紹介しています。
• Youtube…科学実験等の動画を配信しています。
• 科学ラジオ …科学トピックをほぼ毎日配信中！AI技術を駆使して作成した「耳で楽しむ科学」をお届けします。
• 講演 …全国各地で実験講習会・サイエンスショー等を行っています。
• About …「科学のネタ帳」のコンセプトや、運営者である桑子研のプロフィール・想いをまとめています。
• お問い合わせ …実験教室のご依頼、執筆・講演の相談、科学監修等はこちらのフォームからお寄せください。