Arcydokładne obserwacje deformacji powierzchni ziemi w Polsce opisali w czasopiśmie "Tectonophysics" naukowcy z Państwowego Instytutu Geologicznego (PIG) i Wojskowej Akademii Technicznej (WAT).

JAK SPRAWDZIĆ, CZY TEREN SIĘ ODKSZTAŁCA

Jak wyjaśnia na stronie WAT dr inż. Andrzej Araszkiewicz z Instytutu Inżynierii Geoprzestrzennej i Geodezji na Wydziale Inżynierii Lądowej i Geodezji, polskie stacje referencyjne od 1996 roku rejestrują sygnał odebrany z Globalnych Systemów Nawigacji Satelitarnej (GNSS, popularny GPS i w późniejszym okresie także z innych konstelacji). Taki sygnał – odpowiednio przetworzony – jest przeliczany na położenie tych stacji.

„Działanie jest zbliżone do nawigacji w telefonach czy samochodzie, ale sam proces jest dużo bardziej skomplikowany i dzięki temu dokładniejszy. Wyznaczamy położenie każdej ze stacji każdego dnia z dokładnością 1-3 mm” - tłumaczy współautor artykułu "Contemporary state of stress in a stable plate interior (northern Poland): The integration of satellite geodesy, borehole and seismological data" napisanego wraz z dr. hab. Markiem Jarosińskim, Kingą Bobek i dr. Tomaszem Gogołkiem z PIG.

Na podstawie długoletnich zmian położenia punktu badacze wyznaczają ich średnie tempo, często zwane prędkościami stacji. Następnie badają wzajemne relacje ruchów poszczególnych stacji.

„Jeśli dwie stacje bardzo powoli zbliżają się do siebie to w idealnym przypadku możemy mówić, że nastąpiło pewne odkształcenie terenu. W ten sposób badamy charakter tempa deformacji” - wyjaśnia dr Araszkiewicz. Przypomina, że pomiar dotyczy ruchu anteny zamontowanej na budynku. Naukowcy interpretują ten ruch geodynamicznie, a ostatecznie analizują cały obszar, aby mówić o tempie deformacji w całym kraju.

NIEWIELKIE ZAGROŻENIA SEJSMICZNE BEZ EFEKTÓW SPECJALNYCH

Większość obliczeń takich, jak opisane w artykule, prowadzi się w obszarach przy granicy płyt tektonicznych, gdzie wzajemne ich oddziaływania są widoczne na powierzchni Ziemi. Zagrożenia związane z sejsmicznością są tam dużo większe; w Europie to m.in. Grecja i Włochy. Skąd więc pomysł na wykorzystanie obserwacji terenów Polski?

„Postanowiliśmy sprawdzić, czy w regionach stabilnych tektonicznie pomiary GPS są zgodne z danymi geologicznymi. Oczywiście, interpretacja danych musi być ostrożna. W Polsce odcinek stukilometrowy zmienia się zaledwie o około pół milimetra w ciągu roku! Pomijam tutaj obszary, gdzie sejsmiczność jest spowodowana działalnością człowieka. Tam deformacje są o wiele większe i z powodzeniem możemy mierzyć je od wielu lat” - odpowiada dr Araszkiewicz.

Podkreśla, że największym problemem jest dokładność i rząd wielkości tempa odkształcenia, którego można się spodziewać w Polsce. Tempo deformacji, które wyznaczają geodeci, nie przekłada się wprost na efektowne zjawiska na powierzchni ziemi. Jednak wiedza o kierunkach tych odkształceń pozwala wskazywać obszary, gdzie kumulują się naprężenia w skorupie ziemskiej. Obserwacje GPS potwierdzają natomiast, że obszar Polski jest pod wpływem nacisku płyty afrykańskiej na płytę euroazjatycką.

CZY STABILNY OBSZAR MOŻE SIĘ PRZEMIESZCZAĆ?

Wiarygodność wyznaczanych odkształceń z obserwacji GPS jest już na tym samym poziomie co oczekiwane wartości deformacji. Co więcej, naukowcy skupili się na północnej Polsce, w części obejmującej prekambryjską platformę wschodnioeuropejską. Jest to najbardziej stabilna jednostka geologiczna - nie tylko w Polsce, ale także w Europie. W badaniach zwykle przyjmuje się ją jako obszar stanowiący stabilne odniesienie. Tymczasem geolodzy z WAT i PIG skupili się właśnie na nim. Jakie wyzwania napotkali w pogoni za dokładnością pomiaru?

„Pojawiają się pytania. Czy przemieszcza się grunt, czy budynek? Czy ruch gruntu jest to jakieś lokalne osuwisko warstw sedymentacyjnych, czy wynika z deformacji całej struktury geologicznej? Dlatego ważna jest poprawna interpretacja wyników z pomiarów GPS” - uzasadnia dr Araszkiewicz.

Eksperci opracowali mapę odkształceń dla obszaru całej Polski, której obraz był bardzo zgodny z ogólną wiedzą na temat rozkładu naprężenia w Polsce.

„Geologowie mierzą naprężenia w skorupie ziemskiej, my możemy dać im informacje o odkształceniach na powierzchni, czyli już efekcie działających sił pod powierzchnią” - wyjaśnia podział zadań dr Araszkiewicz, który sam zajął się analizą zmian położenia stacji. Zadbał o odpowiednią filtrację pomiarów. Dzięki temu można było wykluczyć z dalszej interpretacji te ruchy stacji, które nie reprezentują rzeczywistych ruchów tektonicznych. W kolejnym kroku naukowiec policzył tempo odkształcenia, które naukowcy z PIG porównali z danymi geologicznymi.

Na wykonanie tych zadań pozwoliła infrastruktura Centrum Infrastruktury Badawczej Danych GNSS współfinansowana z EFRR. Na Wydziale Inżynierii Lądowej i Geodezji zbierane są obserwacje z rozproszonej infrastruktury GNSS w Polsce, tu również wykonuje się ich jednorodne opracowanie i wyznaczane są położenia stacji.  Jest to także jedno z 16 europejskich Centrów Analiz GNSS, które zajmuje się pracami na rzecz utrzymania układu odniesienia w Europie wdrożonego w 44 krajach (w Polsce zajmuje się tym również Politechnika Warszawska).

PAP – Nauka w Polsce, Karolina Duszczyk

kol/ ekr/