O tym, jak rozpoznać głębokie struktury litosfery we wciąż niedostatecznie zbadanym regionie oraz jak poszerzyć wiedzę o geodynamicznej strukturze wnętrza Ziemi, dowiemy się dzięki realizacji projektu pt.: Pasywne sejsmiczne badania litosfery i astenosfery południowej Polski (obszar karpacki).
Projekt pod kierownictwem dr. hab. Wojciecha Czuby uzyskał finansowanie ze środków NCN w ramach konkursu OPUS. Potrwa 48 miesięcy i będzie realizowany w konsorcjum z Uniwersytetem Śląskim w Katowicach. O projekcie, jego celach i stojących przed zespołem wyzwaniach rozmawiamy z kierownikiem projektu, dr. hab. Wojciechem Czubą.
Skąd pomysł na taki projekt i na czym będzie polegać?
Podobny projekt (AniMaLS) był realizowany w naszym Zakładzie, jednak na innym obszarze, jest to więc naturalne rozszerzenie. Jednocześnie również podobne projekty realizowane były na świecie, w większej skali, organizowane przez wiele krajów. Wtedy nie udało nam się dołączyć do nich z powodu braku środków. Obecnie powstała nowa inicjatywa badań międzynarodowych, która jest rozszerzeniem projektu AlpArray, skupionym na sejsmicznych badaniach szeroko pojętego rejonu Alp. Projekt obecny (Pannonian-Carpathian-Alpine Seismic Experiment ̶ PACASE) dotyczy również młodych gór, jakimi są Karpaty wraz z obiektami tektonicznymi z nimi związanymi. W projekcie bierze udział wiele instytucji z różnych krajów i my niejako naturalnie, ze względu na położenie geograficzne, zostaliśmy zaproszeni do udziału w nim.
W szeroko pojętym rejonie Karpat, Basenu Panońskiego i częściowo Alp zostanie ustawiona dość gęsta sieć szerokopasmowych stacji sejsmicznych w celu rejestracji wszelkich sygnałów sejsmicznych. Mój grant finansuje polską część tego potężnego przedsięwzięcia. Prawie 30 naszych stacji będzie pracować na Podkarpaciu i w okolicach, na bieżąco przesyłając rejestracje do centrum w Instytucie Geofizyki PAN. Zebrane dane ze wszystkich stacji biorących udział w projekcie będą wykorzystane do rozpoznania głębokiej struktury litosfery we wciąż niedostatecznie zbadanym regionie. Jednocześnie nasz Zakład od lat bada strukturę litosfery sejsmicznymi metodami aktywnymi. Rozszerzenie metody o obserwacje pasywne pozwoli uzupełnić naszą wiedzę o parametry niedostępne dotychczas oraz na spojrzenie głębiej do wnętrza Ziemi.
Czy wcześniej prowadził Pan podobne badania?
Nasz Zakład brał udział we wcześniejszych projektach podobnego typu, w części z nich będąc organizatorem: TOR, PASSEQ, AniMaLS. Ja uczestniczyłem w projekcie PASSEQ oraz byłem kierownikiem polskiej ekipy w międzynarodowym projekcie pasywnych badań sejsmicznych Grzbietu Knipowicza w Arktyce (KNIPAS).
Grant będzie realizowany przez konsorcjum z Uniwersytetem Śląskim w Katowicach, dlaczego akurat ten Partner?
Do realizacji tego przedsięwzięcia potrzeba dużej liczby polowych szerokopasmowych stacji sejsmicznych. Uniwersytet Śląski dysponuje istotną ich liczbą niezaangażowaną aktualnie w innych projektach. Jest więc dość oczywistym wyborem.
Do czego przyczyni się realizacja projektu?
Zebrane dane ze wszystkich stacji biorących udział w projekcie będą wykorzystane do rozpoznania głębokiej struktury litosfery we wciąż niedostatecznie zbadanym regionie, a więc poszerzą naszą wiedzę o geodynamicznej strukturze wnętrza Ziemi. Celem projektu jest określenie sejsmicznej struktury litosfery oraz przebiegu i własności granicy litosfera-astenosfera (LAB - lithosphere-asthenosphere boundary), a także określenie anizotropii sejsmicznej obszaru karpacko-panońskiego. Jednym z głównych celów badań sejsmicznych jest określenie rozkładu prędkości podłużnych (P) i poprzecznych (S) fal sejsmicznych – istotnych parametrów, które nie tylko charakteryzują własności sprężyste skał, lecz także dostarczają wskazówek co do ich składu chemicznego, mineralnego, a także struktury (spękania, porowatość itp.).
Jak będą odbywać się badania anizotropii sejsmicznej?
Parametrem geofizycznym, kluczowym dla zrozumienia struktury i ewolucji litosfery, jest anizotropia prędkości fal sejsmicznych. Zjawisko anizotropii jest definiowane jako zależność prędkości fal sejsmicznych od kierunku ich propagacji. Większość minerałów budujących skały skorupy i górnego płaszcza Ziemi wykazuje mniejszą lub większą anizotropię sejsmiczną, wynikającą z anizotropii sieci krystalicznej. Dlatego rejestracje sejsmiczne dokumentujące kierunkową zależność prędkości fal podłużnych (P) i poprzecznych (S) oraz zjawisko rozszczepienia fal S dostarczają informacji o orientacji osi krystalograficznych minerałów oraz o składzie mineralogicznym skał. Zróżnicowanie kierunków anizotropii może świadczyć o zróżnicowaniu składu, o zmienności kierunku ruchów tektonicznych i przepływu materiału płaszcza w badanym rejonie. Pozwala to na rozróżnienie bloków litosfery o odmiennym składzie petrologicznym i odmiennej ewolucji tektonicznej. Zostaną wykorzystane takie metody interpretacji jak SKS splitting, funkcja odbioru oraz analiza spolaryzowanych fal powierzchniowych (Rayleigh-a i Love’a).
Jakie są główne wyzwania stojące przed projektem?
Tego rodzaju przedsięwzięcie wymaga zaangażowania istotnych środków logistycznych w ścisłej współpracy międzynarodowej oraz zorganizowania bieżącej transmisji danych obserwacyjnych ze stacji sejsmicznych do centrum. Na pierwszym etapie kluczowe okazuje się znalezienie odpowiednich miejsc rejestracji ze względu na warunki propagacji fal sejsmicznych, zasięg internetu bezprzewodowego oraz uwarunkowań prawno-własnościowych. Sprawne połączenie tych wszystkich elementów wymaga dużego zaangażowania sił ludzkich oraz umiejętnej pracy w terenie doświadczonych zespołów. Precyzyjna instalacja sprzętu w wybranych stanowiskach jest nie mniej istotna, ale w pewnym sensie jest uwieńczeniem wysiłku czysto logistycznego.Niezwykle ważne jest następnie odpowiednie sprawdzenie jakości otrzymanych danych oraz ich zabezpieczenie informatyczne. Dopiero wtedy można podjąć podstawowe wyzwanie, jakim jest wysiłek opracowania i interpretacji zgromadzonych informacji w szerokiej współpracy międzynarodowej.(ZKNiE)
