Twoja wyszukiwarka

PAWEŁ WIEJACZ
CZY GROZI NAM TRZĘSIENIE ZIEMI?
Wiedza i Życie nr 10/1999
Artykuł pochodzi z "Wiedzy i Życia" nr 10/1999

WBREW OBIEGOWEJ OPINII W POLSCE ZDARZAJĄ SIĘ TRZĘSIENIA ZIEMI. NA SZCZĘŚCIE RZADKIE I NIE TAK SILNE JAK TO, KTÓRE OSTATNIO WYSTĄPIŁO W TURCJI.

17 sierpnia północno-zachodnią Turcją targnęło potężne trzęsienie ziemi o magnitudzie 7.5. Zginęło kilkanaście tysięcy ludzi. Polska, podobnie jak Turcja, leży na granicy dużych struktur tektonicznych, a jednak naszemu krajowi tak silne wstrząsy nie grożą. Niemniej się zdarzają.

W Polsce rzadko występują zja wiska sejsmiczne. Ostatnie, odczuwalne przez ludność, zostało odnotowane w 1995 roku na Podhalu. Daleko mu jednak do kataklizmów, jakie na wiedzają kraje śródziemnomorskie - o dalekiej Kalifornii, Japonii czy Chinach nie wspominając. Niezależnie od naturalnych poja wiają się wstrząsy wywołane eksploatacją górniczą (tąpnięcia). Czasem rejestrowane są zja wiska, których nie jesteśmy w stanie potwierdzić wskutek zbyt małej liczby stacji sejsmicznych na terenie Polski. Dochodzą do nas również echa dalekich trzęsień, jak 12 kwietnia 1998 roku, kiedy trzęsienie z epicentrum w Słowenii odczuwalne było na wyższych piętrach budynków w Kłodzku. W końcu zdarzają się także zja wiska zagadkowe, jak wstrząsy na dnie Zatoki Gdańskiej, które po bliższej analizie wydają się nie naturalne, lecz związane z działalnością człowieka, co do rodzaju której trudno się wypowiadać, gdyż są zlokalizowane w rosyjskiej części zatoki.

SEJSMICZNOŚĆ POLSKI

Polska dzieli się na pięć odrębnych rejonów sejsmicznych (rysunek na następnej stronie), z których można dodatkowo wyodrębnić podjednostki Śląska oraz Zapadliska Przedkarpackiego. Najbardziej aktywne sejsmicznie są pogranicza słowackie i czeskie. Wiąże się to z młodym wiekiem Karpat oraz stosunkowo dużą sejsmicznością Masywu Czeskiego - jednostki tektonicznej, której północną granicę stanowią Sudety.

W drugiej połowie XVIII wieku w rejonie śląskim wystąpiła seria wstrząsów, z których trzy (w latach 1785-1786) uważa się za najsilniejsze w historii Polski. Gdyby wystąpiły dziś, mogłyby uszkodzić budynki. Uważa się, że trzęsienia na terenie Śląska związane są z aktywnością Masywu Czeskiego. Świadczy o tym duża głębokość źródła tych wstrząsów, oceniana na 25-40km.

Trzęsienia odnotowano również w polskich Karpatach. Stosunkowo silne wstrząsy miały miejsce w 1992 i 1993 roku w rejonie Krynicy Górskiej. Cztery z nich spowodowały drżenie szyb w oknach i kołysanie żyrandoli, a w kilku wypadkach na wet zarysowanie tynków. Nieco słabsza seria wstrząsów wystąpiła w 1995 roku na Podhalu. Z powodu tych zja wisk Instytut Geofizyki PAN utrzymuje obserwatorium w Niedzicy koło Czorsztyna, ukierunkowane przede wszystkim na sejsmiczność lokalną.

W Polsce wystąpiło wiele naturalnych wstrząsów sejsmicznych (czerwone kropki). Zja wiska te są rejestrowane na terenie naszego kraju przez sześć obserwatoriów (trójkąty; uwidoczniono też położenie nie pracującej obecnie stacji "Czajcze", CZA). Wstrząsy wywoływane przez górnictwo występują lokalnie na obszarach zaznaczonych na zielono (Górny Śląsk, Legnicko-Głogowski Okręg Miedziowy oraz rejon Bełchatowa) i są rejestrowane przez sieci górnicze

Rys. Andrzej Pieńkowski

Sporadyczne doniesienia o wstrząsach sejsmicznych dochodzą również zpółnocno-wschodniej Polski, jak np. z 1909 roku z rejonu Gołdapi. W 1997 roku wraz z moją koleżanką z Instytutu, Martą Wojdyńską, przeprowadziliśmy badania mające na celu odszukanie słabych zja wisk sejsmicznych w zapisach stacji w Suwałkach. W rezultacie znaleźliśmy około 20 słabych, nieodczuwalnych przez ludzi wstrząsów, które poja wiły się w ciągu niespełna pięciu miesięcy nie dalej niż 40 km od stacji. Niewykluczone, iż zja wiska takie występują i w większych odległościach, jednakże ze względu na niewielką amplitudę drgań aparatura nie wyłowiłaby ich z tła szumu sejsmicznego. Nie wiadomo, skąd się biorą. Jedna z pra wdopodobnych teorii mówi o ciągłej "pracy" warstw podłoża, będącej reakcją na jej odprężenie po ustąpieniu lądolodu kilkanaście tysięcy lat temu.

Najspokojniejszym rejonem Polski pod względem sejsmicznym jest platforma zachodnioeuropejska (paleozoiczna). Nieliczne doniesienia o wstrząsach w tym rejonie dotyczą pra wdopodobnie zja wisk, które miały epicentrum w Sudetach lub poza granicami Polski.

KORZENIE GÓR?

Na terenie Polski i państw przyległych wielką zagadką pozostaje wciąż strefaTornquista-Teisseyre'a - część gigan-tycznej kra wędzi tektonicznej, biegnącej od Morza Północnego po Morze Czarne. Jej nazwa pochodzi od nazwisk odkrywców: niemieckiego uczonego Alexandra J. H. Tornquista (1868-1944) oraz polskiego geologa Wa wrzyńca Teisseyre'a (1860-1939). Podobne strefy na świecie są często źródłami trzęsień ziemi, jak w przypadku Turcji, która leży na granicy płyt afrykańskiej i euroazjatyckiej. W strefie T-T, płyty tektoniczne wydają się tak dobrze ze sobą "sklejone", że nie dochodzi do silniej-szych wstrząsów.

Strefa T-T oddziela zachodnioeuropejską platformę paleozoiczną od wschodnioeuropejskiej platformy prekambryjskiej. Grubość skorupy ziemskiej, wynosząca około 32-35km dla platformy paleozoicznej i około 42-45 km dla platformy prekambryjskiej, w rejonie strefy T-T może wynosić na wet ponad 50 km, co na pierwszy rzut oka spra wia wrażenie rowu tektonicznego. Wrażenie to jest jeszcze silniejsze, jeśli wziąć pod uwagę grubość pokrywy skał osadowych, która w strefie T-Tdochodzi do 20 km, wobec najwyżej kilku kilometrów na obydwu platformach. Natura strefy Tornquista-Teisseyre'a jest przedmiotem dyskusji wśród geologów i geofizyków. Da wniej panował pogląd, iż stanowi pozostałość po strefie ryftowej [patrz: Rozwój oceanów, "WiŻ" nr 8/1998], podobnej do dzisiejszego Wielkiego Rowu Afrykańskiego, która czynna była w zamierzchłych erach. Twierdzono, że z czasem aktywność sejsmiczna w tej strefie wygasła zupełnie, a sama strefa została pokryta warstwami osadowymi i przestała być zauważalna na powierzchni.

Aby spra wdzić m.in. tę hipotezę, Instytut Geofizyki PAN, współpracując z wieloma zagranicznymi instytucjami, przeprowadził w 1997 roku serię głębokich sondowań sejsmicznych (w projekcie Polonaise, pod kierownictwem prof. Aleksandra Gutercha). Jedno z sondowań przebiegało wzdłuż linii biegnącej od okolic Chemnitz (Niemcy) poprzez Leszno, Toruń i Suwałki w kierunku Wilna, a więc przecinało strefę T-T. Polegało ono na odpalaniu dużych ładunków wybuchowych i rejestracji wywołanych w ten sposób fal sejsmicznych. Oprócz głównego kierunku przeprowadzono sondowanie w kilku kierunkach pomocniczych.

W projekcie tym wykorzystano ponad 600 kompletów polowej aparatury sejsmicznej, wypożyczonej niekiedy z najdalszych zakątków globu, bo żadna instytucja na świecie nie dysponuje taką ilością sprzętu pomiarowego. Chociaż szczegółowa analiza zebranego materiału wymaga długiego czasu, dotychczas uzyskane rezultaty wskazują na głęboką asymetrię budowy strefy T-T. Świadczyć to może na korzyść hipotezy kolizyjnej, która powstała na podsta wie obserwacji z głębokich sondowań sejsmicznych, przeprowadzanych na obszarze pomiędzy Niemcami, Danią a Szwecją. Według tej hipotezy strefa T-T jest miejscem kolizji dwóch da wnych płyt litosferycznych (zwanych Baltica i Avalonia), które zostały częściowo nasunięte na siebie, a nie, jak dotychczas sądzono, da wną strefą ryftową. W rejonach takich nasunięć występują z reguły pasma górskie. Czyżby więc w odległych erach geologicznych istniało wielkie pasmo biegnące na skos przez cały obszar dzisiejszej Polski, dziś całkowicie zrównane przez erozję z powierzchnią Ziemi i pokryte osadami? Znalezienie odpowiedzi na to pytanie może stanowić interesujące zadanie dla przyszłych badaczy, jeśli, oczywiście, hipoteza kolizyjna znajdzie potwierdzenie w dalszych badaniach.

Chociaż dane o wstrząsach z terenu strefy T-T są stosunkowo skąpe, w XX wieku kilkakrotnie odnotowano takie zja wiska. Ziemia zatrzęsła się w 1909 roku na Pomorzu Zachodnim, w 1926 koło Piotrkowa Trybunalskiego, a w 1932 wystąpił spektakularny rój sejsmiczny - równoczesne wstrząsy w okolicy Płocka, na Podlasiu oraz pomiędzy Kielcami a Jędrzejowem. Ze starszych danych znane jest trzęsienie z 1606 roku z rejonu Tuczna. Należy tu podkreślić, że wszystkie te zja wiska należą do wstrząsów historycznych; za takie bowiem uważa się w sejsmologii zja wiska nie zapisane instrumentalnie, czyli zbyt słabe dla nielicznych wówczas obserwatoriów.

W obliczu danych historycznych trudno wydać jednoznaczny osąd co do sejsmiczności strefy T-T. Próba poszukiwania lokalnej aktywności sejsmicznej, przeprowadzona w oparciu o tymczasową stację sejsmiczną "Czajcze" koło Piły, dała wynik negatywny (stacja istniała w okresie sierpień 1997-czerwiec1998). Inne badania wskazują raczej na małe pra wdopodobieństwo występowaniazja wisk sejsmicznych na tym obszarze - rozkład naprężeń w skorupie ziemskiej wydaje się tu dość rów-nomierny.

SEJSMICZNOŚĆ INDUKOWANA

Da wne i dzisiejsze przyrządy używane w sejsmologii: ogromny sejsmograf Mainki z 1928 roku (po pra wej) i nowoczesny sejsmometr STS-2 z 1995 roku (powyżej) służą do tego samego celu, ale STS-2 daje znacznie lepsze dane. W rzeczywistości dysproporcja rozmiarów jest jeszcze większa, gdyż STS-2rejestruje trzy składowe ruchu, a sejsmograf Mainki tylko jedną; do otrzymania kompletu danych z STS-2 potrzebne byłyby więc aż trzy sejsmografy Mainki różnie zorientowane w przestrzeni

Fot. Pa weł Wiejacz

Na mapach sejsmiczności świata, głównie wyda wanych 10 lat temu, ogniska wstrząsów leżące na terenie Polski układają się wzdłuż dwu niewyraźnych linii, jakby wzdłuż dwóch potężnych uskoków biegnących przez nasz kraj. Trzeba przyznać, że ogólna sejsmiczność Polski jest dosyć znaczna, zwłaszcza w zesta wieniu z naszymi sąsiadami ze wschodu i północy, a na wet w porównaniu do północnej części Niemiec. Jest to jednak sejsmiczność specyficzna, bo bierze się z działalności górniczej w polskich kopalniach węgla i miedzi. Jedna tylko kopalnia miedzi "Rudna" w ciągu roku rejestruje przeszło 15 tys. sygnałów sejsmicznych (na rysunku poniżej). W większości są to niewielkie trzaski w podłożu skalnym, jednakże około 500 zapisów kwalifikuje się jakozja wiska sejsmiczne. Są one tak silne, że duża ich część rejestrowana jest przez obserwatoria sejsmologiczne, w tym również w państwach ościennych.

Każde zarejestrowane zja wisko podda wane jest opracowaniu, które zaczyna się od ustalenia miejsca jego wystąpienia. Pewne kłopoty Polski w dziedzinie łączności na przełomie lat osiemdziesiątych i dziewięćdziesiątych spowodowały, że krajowe dane, choć trafiały do centrów sejsmologicznych, często nie były uwzględniane w obliczeniach. Zja wiska z terenu Polski usiłowano lokalizować, opierając się na danych z zachodnioeuropejskich obserwatoriów, a związane z dużą odległością błędy i niekorzystny rozkład przestrzenny tych obserwatoriów spowodował wyliczenie przez bezduszny komputer dwóch fikcyjnych uskoków, odpowiadających naszym dwóm głównym zagłębiom górniczym. Dziś, gdy polskie obserwatoria mają już łączność komputerową, a Instytut Geofizyki pośredniczy w pozyskiwaniu danych również z sejsmologicznych sieci górniczych, takie wyimaginowane uskoki już się nie poja wiają.

W Polsce właśnie zja wiska sejsmiczne indukowane przez górnictwo powodują niekiedy szkody, szczególnie na Górnym Śląsku. Sejsmolodzy nie są w stanie wyeliminować tego zagrożenia, gdyż w tym celu należałoby albo zaprzestać wydobycia, albo przesiedlić mieszkańców. Dopracowaliśmy się jednak w Polsce metod, które służą minimalizacji zagrożeń sejsmicznych dla ludności, i co ważniejsze, pracujących pod ziemią górników. O ile bowiem szkody wywołane tąpnięciami mogą być uciążliwe dla ludności bądź wiązać się ze zniszczeniem lub utratą mienia, o tyle dla pracujących pod ziemią stanowią bezpośrednie zagrożenie życia.

Mały fragment mapy kopalni "Rudna" z zaznaczonymi miejscami wystąpienia wstrząsów (kolorowe kropki). Stanowiska sejsmiczne uwidocznione są przez zamalowane w szachownice kółka (na rysunku jedno). Na obszarze całej kopalni jest około 30 takich stanowisk, w Polsce istnieje kilkadziesiąt kopalni, a mapka przedsta wia wstrząsy, które wystąpiły w ciągu zaledwie kilku lat

Fot. Archiwum IGF PAN

Metody przewidywania zagrożeń w kopalniach, wraz z odpowiednią technologią eksploatacji złoża oraz aktywnym zwalczaniem zagrożeń przez prowokowanie wstrząsów po wycofaniu załogi powodują, że w niektórych kopalniach ponad połowa energii sejsmicznej wyzwalana jest w sposób jeśli nie kontrolowany, to przynajmniej przewidywalny (najbardziej popularne jest strzelanie wstrząsowe: odpalenie dużych ładunków, których eksplozja wyzwala nagromadzone naprężenia w postaci wstrząsu). Oznacza to mniej więcej dwukrotne zmniejszenie zagrożenia dla pracujących pod ziemią ludzi. Zagadnienia wstrząsów górniczych są przedmiotem wnikliwych badań naukowych, prowadzonych m.in. w Głównym Instytucie Górnictwa w Katowicach, Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie, Uniwersytecie Śląskim i Politechnice Śląskiej. Instytucje te mają duże zasługi w zakresie popra wybezpieczeństwa w kopalniach i ograniczenia szkód górniczych. Duże znaczenie ma również prowadzenie rutynowej analizy danych z blisko 30 podziemnych sieci sejsmicznych, zainstalowanych zarówno w kopalniach węgla, jak i miedzi.

Źródło:. Archiwum IGF PAN

Najsilniejsze wstrząsy górnicze w Polsce mają skalę małych trzęsień ziemi i są odczuwalne na pewnym obszarze na powierzchni. Tego typu zja wiska wystąpiły w 1980 roku w Bełchatowie (magnituda 4.6) oraz w 1977 roku wLegnicko-Głogowskim Okręgu Miedziowym (magnituda 4.5). Dla porównania magnituda najsilniejszego naturalnego wstrząsu sejsmicznego w Polsce od czasu rozpoczęcia rejestrowanych obserwacji sejsmologicznych wyniosła 4.7 (było to 1 marca 1993 roku koło Krynicy). Na szczęście do tak silnych wstrząsów górniczych dochodzi rzadko. Ostatnie (do listopada 1998 roku) duże zja wisko wystąpiło w kopalni miedzi "Rudna" 18 maja 1998 roku i miało magnitudę 3.7. Mimo iż było odczuwalne na dużym obszarze (aż po Hradec Králové w Czechach), nie wyrządziło szkód w wyrobiskach kopalni. Nie za wsze więc silny wstrząs powoduje odpowiednio duże szkody.

PRZEWIDYWANIE WSTRZĄSÓW

Ze względu na niską sejsmiczność, trudno jest mówić o prognozowaniu występowania trzęsień ziemi w Polsce. Jedynie w przypadku okolic Krynicy i Nowego Sącza daje się zauważyć występowanie wstrząsów co mniej więcej 70 lat (1786, 1840, 1909, 1992/1993), jeśli w ogóle można wysnuwać takie wnioski na podsta wiezaledwie czterech przypadków. Za każdym razem odnotowano kilka wstrząsów w stosunkowo krótkim czasie, co wydaje się cechą charakterystyczną dla sejsmiczności tego rejonu.

Podczas trzęsienia ziemi większość ludzi ginie nie skutek samych wstrząsów, lecz pod gruzami walących się budynków. W Turcji zginęło ponad 10 tys. osób.

Fot. AP/Agencja Gazeta

Poszukiwanie możliwości przepowiedzenia trzęsień ziemi za wsze było jednym z podsta wowych zagadnień w sejsmologii. Dziś sejsmolodzy potrafią już wskazać miejsce lub okres, w którym pra wdopodobieństwo ich wystąpienia jest duże lub małe - to jednak nie wystarczy. Przeciętny człowiek podchodzi do problemu prognozowania trzęsień ziemi w sposób analogiczny do prognozy pogody. Choć istota obu prognoz jest podobna, inna jest skala czasowa procesów fizycznych, którymi się zajmują.

Wyże i niże przemieszczają się nad nami co kilka dni, tymczasem tzw. okresy powrotu, czyli charakterystyczne odstępy czasu pomiędzy dużymi trzęsieniami ziemi w tym samym rejonie, mierzy się w dziesiątkach lub na wet setkach lat. Poza tym meteorolog ma możliwość bezpośredniego wglądu w procesy fizyczne za pomocą instrumentów pomiarowych. Sejsmolog natomiast w większości przypadków skazany jest na obserwacje pośrednie, nie mając możliwości umieszczenia aparatury pomiarowej w dowolnym punkcie wnętrza Ziemi. W sytuacji, gdy dochodzi do wymiany energii pomiędzy procesami różnej skali, jak w obydwu rozważanych dziedzinach, fakt ten ma podsta wowe znaczenie dla jakości prognozy [patrz: Czy można przewidywać trzęsienia ziemi?, "WiŻ" nr 9/1994].

W przyszłości rozwój nauk, w tym sejsmologii, a także technik obliczeniowych, łączności i automatyzacji, będzie trwał nadal i to, co dziś wydaje się nam supernowoczesne, sta wnie się codziennością, a codzienność odchodzić będzie do muzeum. Łatwy dostęp do danych coraz wyższej jakości umożliwi rozwinięcie nowych metod bada wczych, które zastosowane w praktyce być może pozwolą sejsmologom prognozować te groźne zja wiska.

Dr Pa wEŁ WIEJACZ pracuje w Instytucie Geofizyki Polskiej Akademii Nauk w Warsza wie, gdzie spra wuje nadzór naukowy nad wszystkimi polskimi obserwatoriami sejsmologicznymi.

O podobnych zagadnieniach przeczytasz w artykułach:
(08/98) Rozwój oceanów
Czy można przewidywać trzęsienia ziemi?, "WiŻ" nr 9/1994