Dagmara Bożek: Bardzo się cieszę, że rozmawiamy o sejsmologii środowiskowej, ponieważ jest to kolejna interdyscyplinarna dziedzina, w której rozwija się nasz Instytut. Czy może Pan opowiedzieć, czym zajmuje się ta nauka?

Prof. dr hab. Mariusz Majdański: Geofizyka z natury jest interdyscyplinarna i naszym zadaniem jako naukowców jest łączenie różnych podejść i metod po to, aby badać Ziemię. Sejsmologia najprawdopodobniej większości z nas kojarzy się z trzęsieniami ziemi, falami sejsmicznymi. Natomiast sejsmologia środowiskowa to dość modna obecnie nazwa, ponieważ nasze otoczenie dynamicznie się zmienia, dochodzi do katastrof ekologicznych i ta dziedzina jest bardzo na czasie. Jej podstawowa definicja wiąże się z wykorzystaniem podstawowych metod sejsmologii i sejsmiki do badań zmian środowiskowych.

D.B.: A co skłoniło Pana do wybrania akurat takiej dziedziny badawczej?

M.M.: Z wykształcenia jestem fizykiem, a z zawodu – geofizykiem. Zajmuję się analizą danych fizycznych metodami inwersji, badaniem struktury Ziemi; tego, co jest głęboko i płytko pod jej powierzchnią. Jest to ciekawy problem matematyczny i numeryczny. Może to wydawać się nieciekawe z punktu widzenia zwykłego odbiorcy, ale większość z nas jest zainteresowana tym, co kryje Ziemia, np. w postaci złóż – ropy, gazu łupkowego – lub obawia się zagrożeń, np. trzęsień ziemi. Dzięki ścisłej metodzie naukowej oraz narzędziom numerycznym chcemy poznać strukturę Ziemi. Wiele metod badawczych jest znana i użytkowana od dawna – standardowe metody sejsmiczne są wykorzystywane w przemyśle od ponad stu lat. Tak długo już wiemy, jak rozpoznawać pułapki naftowe w utworach geologicznych, gdzie skutecznie wiercić, aby uzyskać ropę i gaz. Warto tu rozróżnić pojęcie sejsmiki i sejsmologii. W przypadku tej pierwszej kontrolujemy źródła pochodzenia fal sejsmicznych i na ich podstawie wnioskujemy, co jest pod ziemią. Dzięki analizie tych danych rozpoznajemy i wykorzystujemy złoża naturalne. Sejsmologia z kolei zajmuje się obserwacją fal sejsmicznych rozchodzących się w ziemi w wyniku naturalnych zjawisk, tj. trzęsień ziemi, wybuchów wulkanów. W Instytucie mamy świetnych specjalistów od trzęsień ziemi, szczególnie związanych z działalnością ludzi, np. w kopalniach.

D.B.: Proszę więcej o tym opowiedzieć.

M.M.: Krótko mówiąc – badamy strukturę ziemi, wykorzystując różne metody. Z jednej strony mamy naukowców praktyków, którzy dużo czasu spędzają w terenie na pomiarach i zbierają dane, oraz teoretyków, którzy rozwijają oprogramowanie komputerowe, metody inwersji, używają komputerów dużych mocy, aby modelować i sprawdzać pewne zjawiska. Aby uzyskać pełen obraz, te dwa obszary muszą się przenikać. Ja zajmuję się bardziej tą częścią doświadczalną, zbieram dane, ale z wykształcenia jestem numerykiem i też zajmuję się metodami inwersji.

SŁUCHAJ TEŻ NA SPOTIFY >>>

D.B. Prowadzi Pan wiele projektów badawczych. Jeden z nich zajmuje się badaniem wpływu działalności człowieka na powstawanie osuwisk.

M.M.: Oprócz badania struktury skorupy ziemskiej, której model dla całej Polski stworzyliśmy i jest on szeroko wykorzystywany, skupiamy się na poszczególnych strukturach takich jak strefa szwu transeuropejskiego, brzeg zapadliska przedkarpackiego czy struktury pod warstwami Cechsztynu. W pewnym momencie stwierdziłem, że samo analizowanie struktury nie jest wystarczające i skupiłem się na analizie dokładności, rozdzielczości metod, czyli problemach bardziej numerycznych. Wiedza, jak dokładnie możemy mierzyć dane zjawiska, gdzie są ograniczenia technologiczne, informatyczne i numeryczne mówi nam o tym, że możemy określić nie tylko strukturę, ale też jej zmianę. Jeżeli możemy coś bardzo dokładnie zmierzyć, potrafimy wskazać zmianę i w konsekwencji obserwować procesy. Sejsmolodzy od dawna obserwują komórki magmowe w wulkanach, ruchy na uskokach, ale to są działania w skalach geologicznych, czyli bardzo długich. Natomiast nasze metody – aktywna sejsmika – pozwalają nam zmierzyć szybkie zmiany. Gdzie one występują? W ramach jednego z projektów OPUS badaliśmy zmiany w permafroście, czyli wieloletniej zmarzlinie. Okazuje się, że są szybkie i sezonowe. Mamy obszar zamarznięty, w którego gruncie przepływy ustają na okres zimy. Latem on częściowo rozmarza i mamy dużą dynamikę zmian, które wpływają na jego hydrologię i możemy to wszystko obserwować za pomocą metod sejsmicznych. Dzięki badaniom w Arktyce udało nam się pokazać, jak zmiany sezonowe wpływają na środowisko, a zasięg tych zmian był znacznie większy niż przypuszczaliśmy. Procesy te zmieniają się także ze zmianą klimatu. Możemy to odnieść do przeszłości, która wyglądała zupełnie inaczej. Skoro zaczęliśmy się zajmować zmianami sezonowymi, pojawił się pomysł dra Artura Marciniaka na projekt PRELUDIUM dotyczący badań osuwisk. Naszym celem były wolno poruszające się osuwiska na stoku narciarskim, powstałe w wyniku obciążenia sztucznym śniegiem, który w dobie zmian klimatu staje się jedynym rozwiązaniem, aby utrzymać aktywność sportową. I teraz pozostaje pytanie – czy osuwisko jest zjawiskiem naturalnym, czy wywołanym działalnością człowieka? Od pięciu lat prowadzimy pomiary na osuwisku w Ciścu pod Żywcem za pomocą metod, które bardzo precyzyjnie pokazują zmianę badanego ośrodka w czasie.

D.B.: Czy na podstawie wspomnianego okresu możemy już mówić o charakterze i kierunku tych zmian?

M.M.: Jeśli mówimy o zmianach sezonowych lato-zima, to wykonanie pomiarów co kilka miesięcy już pokazuje zmianę w czasie. Dotyczy to zmian środowiskowych. Nie wynikają one ze zmian klimatu w ciągu dekad, które są zdecydowanie dłuższe. Osuwisko jest dobrym przykładem, mamy dane zbierane przez cztery lata przy użyciu różnych metod i rzeczywiście widzimy na tej podstawie wyraźny wpływ człowieka na obserwowane zmiany. Jest to wpływ niszczący, generujący zagrożenie naturalne dla ludzi i infrastruktury.

D.B.: Czy wyniki Państwa badań są przekazywane decydentom, prezentowane lokalnej społeczności?

M.M.: Naszym celem nadrzędnym jest prowadzenie badań, ale nie możemy zapomnieć o ich popularyzacji. Oczywiście dane techniczne są mało ciekawe dla ogółu, ale takie kwestie jak udowodniony wpływ człowieka na dany obiekt obliguje nas do przekazania tej informacji jego właścicielowi, aby można było podjąć środki zapobiegawcze. Jeśli chodzi o badania permafrostu prowadzone na Spitsbergenie, to nie bardzo było kogo ostrzegać. (śmiech) Choć jeśli chodzi o badaną przez nas kwestię erozji wybrzeży, to niewątpliwie są to istotne informacje dla zarządzanej przez nasz Instytut Polskiej Stacji Polarnej Hornsund, która znajduje się nad brzegiem fiordu Hornsund. Osuwiska są zagrożeniem geofizycznym, które dotyka tysiące ludzi rocznie, a straty materialne, jakie ze sobą niesie, są bardzo dotkliwe. Metody badawcze, które proponujemy, nie są standardowe. Osoby, które odpowiadają za zabezpieczanie osuwisk na świecie korzystają ze znacznie prostszych metod geofizycznych – elektrooporowych czy georadarowych. Nasze metody sejsmiczne są rzadko używane, drogie i czasochłonne. W zamian są zdecydowanie bardziej dokładne. Promujemy podejście, że warto korzystać mimo wszystko z metod, które dają nam większą precyzję i pozwalają skuteczniej zapobiegać pewnym zjawiskom. Wybór rodzaju działań oczywiście pozostaje po stronie właścicieli danych obiektów.

D.B.: Rozmawiamy o wykrywaniu geozagrożeń w skali lokalnej. A jak to wygląda na szczeblu krajowym? Jak Państwa badania wpływają na poziom świadomości o takich zjawiskach?

M.M.: W Polsce funkcjonują odpowiednie organy, które za to odpowiadają. Za nadzór osuwiskowy odpowiada Państwowy Instytut Geologiczny. W jego strukturze jest odpowiednia komórka, która niestety nie działa dobrze, co wynika z ograniczeń technologicznych, braku odpowiednich zasobów ludzkich. W swojej pracy wykorzystują zdjęcia satelitarne i lotnicze, co nie daje precyzyjnych danych. Na szczęście zagrożenie osuwiskowe w Polsce nie jest duże, więc nie ma nacisków społecznych, aby dokładniej badać to zjawisko. Rolą naukowców jest zaproponować nowe, lepsze metody badania tych procesów.

D.B.: Pozostańmy przy geozagrożeniach. W dobie zmian klimatycznych w Polsce coraz częściej występują susze oraz ulewne deszcze i związane z nimi powodzie. Stąd problem związany z osuwiskami będzie narastał. Czy w swoich badaniach uwzględnia Pan czynniki klimatyczne?

M.M.: Oczywiście. Te czynniki motywują nas do tego rodzaju badań, choć bezpośrednio klimatem się nie zajmujemy. Projekcje klimatyczne dla Polski pokazują, że będziemy mieli gwałtowniejsze opady i okresy suszy. Zjawiska ekstremalne będą wyraźniejsze i częstsze. Skoro jestem w stanie zbadać przemieszczanie się wody w gruncie metodami sejsmicznymi dosyć precyzyjnie i na różnych głębokościach, to znaczy, że takie badania będą mogły wykazywać potencjalne zagrożenia. Duże, regularne powodzie na pewno będą zagrażać wałom przeciwpowodziowym. Czy wały się bada? Oczywiście, regularnie. Nikt nie używa do tego sejsmologii, a jestem przekonany, że jesteśmy w stanie zbadać to o wiele dokładniej i pokazać zmiany w strukturze wałów, nie naruszając ich konstrukcji. Planujemy zająć się tym tematem w przyszłym roku w jednym z naszych projektów. Inną kwestią są zapory. W Polsce mamy ich bardzo dużo, wliczając w to duże obiekty, np. zapora Dobczyce, która odpowiada za zaopatrzenie w wodę dla całego Krakowa. Funkcjonuje już dość długo i powoli się starzeje. Oczywiście, na razie nie ma zagrożenia, ale co będzie w ciągu najbliższych kilkudziesięciu lat, kiedy zmieni się reżim hydrologiczny w Polsce? Liczba spiętrzeń i spuszczania wody z zapory będzie większa, żeby łagodzić skutki powodzi. Dbanie o stan techniczny takiego obiektu jest zadaniem dla inżynierów. Natomiast bardzo dokładny pomiar struktury i regularne dane dotyczące np. przeciekania pod zaporą w tym momencie są dla nich niemożliwe do uzyskania ze względu na stosowane metody. Nasza propozycja byłaby istotną zmianą na lepsze. W ramach aktualnego projektu staramy się takie rozwiązania proponować. Współpracujemy już z zaporą w Rybniku, Dobczycach i Świnnej Porębie. W najbliższych latach będziemy mieli również serie pomiarowe wykonywane regularnie co kilka miesięcy po to, aby pokazać zmiany. Jestem przekonany, że dla ludzi odpowiedzialnych za bezpieczeństwo tych obiektów to będzie bardzo ważna informacja, która pozwoli im zaplanować działania związane z utrzymaniem infrastruktury. Nie musimy się martwić na zapas, że te obiekty nagle ulegną zniszczeniu, ale możemy się wcześniej przygotować i w tej sposób minimalizować, również pod względem finansowym, ewentualne straty.

D.B.: Wspomniał Pan o monitorowaniu kilku wybranych zapór. Jak tego typu działania mają się do zapewnienia bezpieczeństwa podobnej infrastruktury krytycznej na terytorium całego kraju?

M.M.: Zagrożenia dużych obiektów ziemnych to dla nas coś nowego. Są to kwestie, którymi zajmujemy się od kilku lat. Background naukowy naszego zespołu to badanie struktury Ziemi na głębokości 40 kilometrów. Korzystamy z powszechnie znanych metod. Według mojej wiedzy procedury bezpieczeństwa tego typu obiektów są bardzo jasne i są one objęte stałym monitoringiem. My przychodzimy z czymś nowym, rozwiązaniem o większej rozdzielczości, które da nam większą wiedzę o całym procesie. Jeżeli wykażemy skuteczność i finansową efektywność tych metod, będziemy się starali, aby weszły one w standardowe procedury bezpieczeństwa. W Polsce mamy kilka kluczowych zapór i ich utrata jest niedopuszczalna. Są to obiekty, w których ochronę chcielibyśmy wprowadzić nasze rozwiązania.

D.B.: Biorąc pod uwagę, że zjawisk ekstremalnych w Polsce będzie przybywać, jakie czynniki wskazałby Pan jako kluczowe w celu zapewnienia bezpieczeństwa państwowej infrastrukturze krytycznej?

M.M.: To jest bardzo trudne pytanie dla osoby, która zajmuje się geozagrożeniami. Geofizycy badają procesy. W naszym Instytucie jest Zakład Hydrologii i Hydrodynamiki, który zajmuje się m.in. predykcjami dotyczącymi klimatu. Chcielibyśmy wiedzieć, jak będą wyglądać choćby statystyczne parametry klimatu w przyszłości, ale ich precyzyjne określenie wymaga jeszcze wiele pracy. Nawet pogody nie jesteśmy dokładnie przewidzieć na trzy dni do przodu, a tu jest mowa o klimacie. To, że będzie więcej zagrożeń, jest jasne, ale skala, amplituda tych zmian nie jest nam znana. To cały czas wymaga wysiłku wielu naukowców. Zarządzanie kryzysowe jest bardzo ważna kwestią w zarządzaniu bezpieczeństwem kraju i tym zajmują się w Polsce odpowiednie służby. My jako naukowcy możemy zaoferować wsparcie merytoryczne i wiedzę.

D.B.: Ponieważ zbliżamy się do końca naszej rozmowy, mam takie pytanie, które czasem lubimy zadawać naszym rozmówcom – jakie jest Pana naukowe marzenie?

M.M.: Bardzo trudne pytanie; chcę być piękny, młody i bogaty! (śmiech) Jeśli chodzi o to, czym się zajmuję, to wykorzystywane metody są używane od lat i w tym zakresie nie liczę na jakieś nowe odkrycia – przemysł i technologie szybko się rozwijają i trudno dotrzymać im kroku. Możemy tylko starać się, żeby nasze metody badawcze miały bardziej użytkowy charakter i przyniosły coś społeczeństwu. Jestem przekonany, że w przyszłości metody sejsmiczne nie będą służyły do poszukiwania ropy, ale wody, której już teraz zaczyna brakować. Chciałbym także, aby stosowane przeze mnie metody znalazły w Polsce szerokie zastosowanie w kontekście geotermii; żeby można było badać proces podgrzewania wody, zatłaczania dwutlenku węgla czy szczelinowania hydraulicznego za pomocą metod sejsmicznych. Jestem przekonany, że jest to możliwe i pozwoli zapewnić bezpieczeństwo tych procesów i efektywność kosztową. Niestety te metody są drogie, więc moją rolą na kolejne lata jest wykazać, że technicznie jesteśmy w stanie to zrobić i że zysk społeczny oraz finansowy będzie pozytywny.

D.B.: Mocno trzymam kciuki i dziękuję za rozmowę!