Dlaczego tak interesują nas wybuchy wulkanów? Czy człowiek może wywołać trzęsienie ziemi? I wreszcie – jak popularyzować badania sejsmologiczne? O tym rozmawiamy w kolejnym odcinku „GEOGADKI” – popularnonaukowego podkastu prowadzonego w ramach projektu „Geofizyka dla każdego”. Gościem podkastu, który prowadzi Dagmara Bożek, specjalistka ds. komunikacji naukowej i edukacji, jest dr hab. Grzegorz Lizurek z Zakładu Sejsmologii Instytutu Geofizyki PAN.

Dagmara Bożek: Co jest najbardziej ciekawe w pracy sejsmologa?

Dr hab. Grzegorz Lizurek: Trzęsienia ziemi.

D.B.: A dlaczego?

G.L.: Chyba dlatego, że jest to katastrofa, która nam działa na wyobraźnię. Po pierwsze, to zjawisko, które w Polsce prawie się nie zdarza, a po drugie, jest dużo filmów, materiałów z obszaru kultury popularnej, które oddziałują na nasze postrzeganie tego fenomenu. To powoduje ciekawość – w znaczeniu sensacji oraz chęci poznania, dlaczego tak się dzieje i gdzie. Tych pytań jest wiele.

D.B.: W tym kontekście zawód sejsmologa można porównać do pracy polarnika czy nurka, a więc działa na wyobraźnię! Ale co się kryje za tym „wow”? W końcu to praca naukowa, a więc żmudne zbieranie i analiza danych.

G.L.: Jest pewna różnica między strażakiem, który ratuje ludzi, bo zawalił się blok, a sejsmologiem, który analizuje dane z instrumentów, rozstawionych w okolicy tego wydarzenia. Świętym Graalem sejsmologii jest przewidywanie trzęsień ziemi, które dla zwykłego człowieka, jak to mówią moi koledzy niezwiązani z nauką, zamyka się w pytaniu: „To kiedy ostatnio przewidziałeś trzęsienie ziemi?”. Zasadniczo jeszcze nigdy się nie udało. „To za co my wam płacimy?”. (śmiech) Ewentualnie mówią, że też chcieliby taką robotę, bo efektów nie ma, ale wypłata jest. Tak to może wyglądać, natomiast nie jest to takie proste i oczywiste, bo trzęsienia ziemi udaje nam się przewidywać, ale w sposób mało intuicyjny. To znaczy my przewidujemy wystąpienie trzęsienia ziemi o jakiejś wielkości na danym obszarze na przykład w ciągu 150 lat. Co z punktu widzenia nauki jest całkiem dobrym wynikiem, natomiast z punktu widzenia człowieka, który chce wybudować sobie dom, na najbliższe 30-50 lat to kiepska perspektywa, ponieważ nie otrzyma konkretnej odpowiedzi.

D.B.: Podobnie jest zdaje się z prognozowaniem powodzi, o czym rozmawialiśmy w jednym poprzednich odcinków podkastu z drem Dariuszem Baranowskim. W tamtej dziedzinie również nie otrzymamy jednoznacznej odpowiedzi.

G.L.: Zdroworozsądkowo, kiedy ktoś mówi, że potrafi prognozować trzęsienie ziemi, to oznacza, że wiem, kiedy, jak duże i gdzie. I to z dużą dokładnością. To tak nie działa.

D.B.: A czy będzie działać?

G.L.: Gdybym powiedział, że nie, to by oznaczało, że nie wierzę w naukę, ale nie sądzę, żeby tak się dało z dużą dokładnością. To jest metoda tzw. deterministyczna. W tej chwili rozwój sejsmologii idzie w stronę rozwijania metod opartych na prawdopodobieństwie. Cała branża ubezpieczeniowa z tym sobie doskonale radzi i dobrze na tym wychodzi, bo potrafi na podstawie prawdopodobieństwa określić tak wartość ubezpieczenia, że nawet w obliczu wystąpienia katastrofy ten biznes nadal jest w stanie się finansować, a ludzie uzyskiwać odszkodowania.

D.B.: Czyli, żartując oczywiście, trzeba być jak firma ubezpieczeniowa, prowadząc badania? (śmiech)

G.L.: Hmmm…

D.B.: Wracając jeszcze do „efektu wow”, związanego z pracą sejsmologa, chciałam Cię zapytać o film dokumentalny z 2022 roku, „Wulkan miłości”, który pokazuje historię życia małżeństwa wulkanologów, Katii i Maurice’a Krafftów. Przedstawiono ich jako naukowców, ale biorąc pod uwagę ich podejście do metod badawczych i ryzyka, czy jest to właściwe pokazanie środowiska naukowego?

G.L.: Takie rzeczy są na pewno potrzebne. W obecnym czasie dewaluowania rozumu i wspierania rzeczy miałkich, choć to oczywiście uproszenie, gdzie każdy określa, co jest wartościowe i nie, dla mnie osobiście jest istotna nauka, która pozwala nam zrozumieć, jak działa świat. Każdy taki film, który jest o wulkanach lub czymś równie efektownym wizualnie, zawsze świetnie się rozpowszechnia. Chce się to oglądać. To jest świetne w kontekście popularyzowania nauki. Ale tego nie należy utożsamiać z nauką. To jest tylko pokazywanie tego ostatniego fragmentu, efektu końcowego często wieloletniej pracy, zbierania danych i analizowania próbek, siedzenia w laboratorium i wielokrotnego testowania, aż w końcu uda się zrobić coś istotnego i jest duża satysfakcja. Nauka to pisanie publikacji na podstawie przeliczonych i opracowanych danych.

D.B.: Czy bycie popularyzatorem nauki i naukowcem wyklucza się? Z jednej strony naukowiec nie zawsze ma czas na popularyzację, ale i popularyzatorowi przydałoby się mocne naukowe zaplecze.

G.L.: Myślę, że nie. Jeśli taka osoba ma świetne umiejętności dydaktyczne, np. nauczyciel, to wcale nie musi mieć szerokiej wiedzy, jak się robi naukę. Tak samo popularyzator może być osobą, która się interesuje wieloma dziedzinami nauki, umie o tym opowiedzieć, ale nie jest supernaukowcem. To też może działać w inną stronę – można być świetnym naukowcem, ale nie potrafić przystępnie o tym opowiadać. Trzeba to jakoś wypośrodkować. Każdy naukowiec, który zrobi coś fajnego, chce, żeby świat poznał wyniki jego badań. A to z kolei wymaga czasu. Gdyby udało się zrobić to w proporcji 80% nauki, 20% popularyzacji, to byłoby to rozsądne z punktu widzenia naukowca.

D.B.: W takim razie czekamy na kolejnym film – tym razem poświęcony pracy sejsmologów. (śmiech) Wracając do trzęsień ziemi – w zakresie Twoich zainteresowań badawczych są ruchy sejsmiczne w Centralnej Europie. Czy zagrożenie trzęsieniami ziemi dotyczy również Polski? Jeśli tak, to w jakim zakresie?

G.L.: Dotyczy Polski, bo nawet w rejonach uznawanych za słabo aktywne sejsmicznie mogą się zdarzyć duże trzęsienia ziemi raz na, powiedzmy, 500 lat. To gorzej niż w przypadku Japonii, gdzie do silnych trzęsień ziemi dochodzi co roku, bo mieszkańcy są na nie przygotowani. W Polsce, odkąd prowadzone są jakiekolwiek pomiary, nie doszło do takiego zjawiska, którego skutki byłyby silne i wywołujące kataklizm. W historycznych zapisach są wzmianki o trzęsieniach ziemi, które spowodowały np. zawalenie się dachu kościoła w Krakowie czy we Wrocławiu. Wiemy, jak duże musiało być to trzęsienie ziemi, żeby takie coś się wydarzyło, nie wiemy, gdzie ono tak naprawdę było i nie mamy wiedzy, jak mistrz murarski wybudował sklepienie, które się zawaliło, bo może przyczyną była wada konstrukcyjna. Ale ponieważ wiemy, że w historii Polski występowały trzęsienia ziemi, które powodowały zniszczenia, to pewne zagrożenie sejsmiczne występuje. Jest ono bardzo małe.

D.B.: Ale jest. (śmiech)

G.L.: Naturalne trzęsienia ziemi występują w Polsce praktycznie tylko w rejonie Podhala. Rejestrujemy ich kilka na rok, ale są bardzo małe i nieodczuwalne. Największe miały magnitudę 4, co objawiało się np. trzęsieniem przedmiotów na półkach w domach lub pęknięciami na fasadach budynków. Mocno było w Polsce odczuwalne trzęsienie ziemi o magnitudzie 7, które miało miejsce w Rumunii pod koniec lat 70. Wtedy Pałac Kultury i Nauki w Warszawie się trochę bujał. Może nie było tego bardzo czuć, ale dało się to zmierzyć. Początek był kilkaset kilometrów od nas. Ale to są takie wydarzenia, z których tylko jedno może mieć miejsce w ciągu naszego życia.

D.B.: Jakie było najciekawsze zdarzenie sejsmiczne, które zarejestrowałeś podczas swojej pracy?

G.L.: Dobre pytanie… Chyba któryś z wybuchów jądrowych w Korei Północnej, które się udało zarejestrować. Z punktu widzenia sejsmologa nie są ładne w zapisie, bo są płytkie i daleko – słowem, nic fajnego. To coś, czego nie chcemy rejestrować, bo w wybuchach jądrowych nie ma nic godnego pochwały, ale to nie zdarza się często. Kiedyś to była siła napędowa całej sejsmologii, bo można było w kontrolowanych warunkach mierzyć różne rzeczy, natomiast w tej chwili takie wybuchy podziemne są rzadkością, bo nie da się tego ukryć. Zajmuję się również aktywnością człowieka, który wywołuje trzęsienia ziemi, więc wybuch jądrowy to doskonały przykład. Powoduje drgania gruntu, a więc trzęsienia ziemi. Przykładów jest więcej – kopalnie chociażby, które w przypadku Polski częściej są przyczyną trzęsień ziemi w związku z eksploatacją złóż niż ruchy tektoniczne. Są one porównywalne do drgań pochodzenia naturalnego, które mamy na terytorium Polski, i dają efekty na powierzchni, bo są płycej, na głębokości jednego-półtora kilometra. Powoduje to, że w okolicy tego wstrząsu wszystko się bardziej rusza, a powierzchnia ulega deformacji – dynamicznej i długotrwałej.

D.B.: Z racji tego, że sejsmolodzy są w stanie monitorować wpływ antropogeniczny na powstawanie wstrząsów, jak wygląda współpraca naukowców ze strukturami państwowymi w kwestii zapobiegania zagrożeniom?

G.L.: W krajach, które mają duże zagrożenia sejsmiczne, działa służba sejsmiczna, która pracuje non stop i dba o to, żeby automatyczne lub półautomatycznie ostrzeżenia były rozsyłane do właściwych odbiorców. Mogę podać przykład wielkiego trzęsienia ziemi w Japonii w 2011 roku. Tam automatycznie na paskach informacyjnych w telewizji w momencie dużego trzęsienia ziemi jest wyświetlane ostrzeżenie wraz z zaleceniami, jak się zachować. Mieszkańcy są przeszkoleni, co robić w takich wypadkach. W krajach takich jak Polska, gdzie takiego zagrożenia nie ma, jest prowadzony monitoring, funkcjonują odpowiednie służby – u nas jest to Państwowy Instytut Geologiczny – ale oczywiście jest to nieporównywalne. Trudno zestawiać wstrząsy o magnitudzie 4 wywołane działaniami wydobywczymi z corocznymi wstrząsami o magnitudzie 6, które są sto razy większe.

D.B.: Jak w Polsce wobec tego wygląda monitoring zdarzeń sejsmicznych? Kto się tym zajmuje i jakie rejony naszego kraju są nim objęte?

G.L.: Cała Polska jest objęta monitoringiem. Jest osiem stacji szerokopasmowych, które mierzą szeroki zakres częstotliwości drgań i to nie tylko w naszym kraju, ale również za granicą. Mierzone jest każde drganie – wywołane zarówno ruchem pieszych w pobliżu urzadzenia, jak i wstrząsem sejsmicznym. W Instytucie Geofizyki mamy tę podstawową sieć sejsmologiczną. Oprócz tego w ramach monitoringu Polski przez służbę geologiczną w PIG działa kilkadziesiąt krótkookresowych stacji, które mierzą mniejszy zakres drgań. To jest analizowane częściowo automatycznie i częściowo ręcznie. Do tego Instytut Geofizyki ma trzy dedykowane sieci, które są zlokalizowane na bardzo małym obszarze: wokół kopalni miedzi na Dolnym Śląsku, zbiornika wodnego w Niedzicy w Pieninach i nad kopalnią „Bogdanka” na Lubelszczyźnie. W przypadku Czorsztyna są mierzone np. drgania tektoniczne i takie wywołane spiętrzaniem wody w zbiorniku, a w pozostałych przypadkach mamy typowo ludzką działalność związaną z wydobyciem węgla czy rudy miedzi. Prawie każde zjawisko powyżej magnitudy 2 jest zawsze mierzone.

D.B.: A co w przypadku kopalń, które nie posiadają takiego dedykowanego systemu?

G.L.: Wszystkie mają. Każda kopalnia podziemna w Polsce musi mieć monitoring sejsmiczny. Monitoringi, które my prowadzimy, pełnią funkcję dodatkową, badawczą.

D.B.: I przy okazji są wtedy realizowane określone cele badawcze.

G.L.: Tak. Te sieci powstały w wyniku naszych projektów infrastrukturalnych, ponieważ zależało nam na danych powierzchniowych. Sieci przy kopalniach głównie dysponują danym spod powierzchni. Zależało nam też, żeby dysponować swoimi danymi. Teraz mówi się o elektrowniach jądrowych, które Polska będzie chciała budować. Każda lokalizacja takiej budowy musi mieć odpowiednio długi monitoring środowiskowy. Jego częścią jest monitoring sejsmiczny. Czyli trzeba na danym obszarze, który może być miejscem budowy elektrowni jądrowej, mierzyć sejsmiczność przez określony czas, bodajże dwa lata. Wydaje mi się, że w Polsce robi się to znacznie dłużej, przynajmniej w tym przypadku, w którym my to robiliśmy. W kraju, w którym ta sejsmiczność jest mała, nie ma wiele do mierzenia. Co innego w przypadku kopalń, gdzie każdego dnia rejestruje się wstrząsy.

D.B.: Wspominałeś, że trudno prognozować trzęsienia ziemi. Rozumiem, że chodziło o wstrząsy pochodzenia naturalnego. A jak jest w przypadku tych wywołanych działalnością człowieka?

G.L.: Tu jest łatwiej, bo wiemy, gdzie może dojść do wstrząsów, w jakiej kopalni. Oczywiście, jest to na styku procesów naturalnych i technologicznych. W idealnej sytuacji, mając wszystkie parametry technologiczne, moglibyśmy stworzyć model, dzięki któremu wiedzielibyśmy, gdzie i kiedy dojdzie do wstrząsów, ale przyroda nie jest taka prosta. Jest na tyle nieprzewidywalna, że oprócz miejsca, nie jesteśmy w stanie wskazać ani czasu, ani siły wstrząsu. Jeżeli mamy kopalnię węgla i dochodzi do postępu ściany, ta ściana wykrawa górotwór po kawałku. Zazwyczaj jest tak, że przed i za tym frontem wykrajania występują wstrząsy. I tak jest praktycznie zawsze. Podobnie dzieje się na skrajach takiego pola, gdzie może się generować największe naprężenie. Natomiast nie jesteśmy w stanie powiedzieć, jak to duże może być. Możemy na podstawie tego, co wcześniej wymierzyliśmy, robić pewne przybliżenia.

D.B.: Jakie są perspektywy pracy dla sejsmologów i prowadzenia badań sejsmologicznych w Polsce? Czy to perspektywiczne zajęcie, biorąc pod uwagę np. zamykanie kopalń?

G.L.: Po pierwsze, nie trzeba się ograniczać do Polski. Po drugie z założenia kopalnie węgla będą zamykane, ale ten proces trochę potrwa. Natomiast w przypadku innych kopalń, np. miedzi, które są bardziej „sejsmiczne”, szybko to nie nastąpi. Poza tym, jeżeli Polska ma budować elektrownie jądrowe, to trzeba zbadać miejsca pod te inwestycje, a później należy prowadzić monitoring wokół nich. Tak więc ciągle jest to perspektywa, może oczywiście nie dla setek ludzi, ale kilkudziesięciu-kilkunastu na pewno. A w kwestii tego, że nie trzeba się ograniczać do naszego kraju świadczy fakt, że moje główne zainteresowania badawcze są realizowane w Wietnamie. Zajmuję się badaniem, jak poziom wód w zbiornikach sztucznych powoduje zmiany w sejsmiczności. Co się dzieje, gdy mamy mniej lub więcej wody w zbiorniku, czy istniejące uskoki stają się wobec tego bardziej aktywne czy nie. Okazuje się, że tam, gdzie nie ma dużych aktywnych uskoków, można łatwiej wywołać trzęsienie ziemi podczas procesu napełniania zbiornika. Zajmuję się tym od paru lat. W połowie 2022 roku skończyłem projekt OPUS związany z genezą takich wstrząsów dla zbiorników w Wietnamie i dla Czorsztyna w Polsce. A obecnie, z racji tego, że zacząłem się interesować uczeniem maszynowym, prowadzę kolejny projekt, w ramach którego chcę sprawdzić, jak bardzo infiltrująca daną strukturę woda może wpływać na to, czy powstają podobne zjawiska. Wiem, że występują w danym regionie, pod konkretnym zbiornikiem, zjawiska, które są podobne do siebie, mają taką samą płaszczyznę uskoku. Na tej podstawie powinny mieć podobne zapisy sejsmiczne. Jeśli znajdziemy tego więcej przy użyciu sztucznej inteligencji, to możemy mieć więcej danych, lepiej umiejscawiać je w czasie i przestrzeni i możemy więcej powiedzieć, jak się ten proces rozwija. Wiem, że to jest bardzo szczegółowe, ale ten sam proces może występować w naturalnych trzęsieniach ziemi – wody hydrotermalne też mogą gdzieś przenikać i powodować, że pewne zjawiska rozwijają się w podobny sposób. Sejsmolog w Polsce to jest pewna egzotyka. W tym przypadku egzotyka wietnamska. (śmiech)

D.B.: Przypominam mi się fragment wspomnianego filmu „Wulkan miłości”, a dokładnie scena, w które Katie Krafft, zapytana o swoje największe marzenie, odpowiada, że chciałabym zobaczyć ile się da erupcji wulkanów w swoim życiu. Czy jako sejsmolog masz jakieś szczególne naukowe marzenie? Co jeszcze chciałbyś zrobić, zobaczyć?

G.L.: Tu jest ta różnica, że z tym „zobaczyć” jest problem. Drgań, źródła wstrząsów, którymi się zajmuję, zazwyczaj się nie widzi, bo jest to zbyt głęboko. Nawet najgłębsze odwierty nie sięgają do stref sejsmogenicznych. Są co prawda takie odwierty, np. w Kalifornii czy Indiach, gdzie dowiercono się w okolice uskoku i próbuje się tam zajrzeć. Oczywiście za pomocą czujników, nie kamery. Bardzo bym chciał dotrzeć do tego, jak to wszystko na takim uskoku się odbywa. Mamy tylko pewne wyobrażenie, jak to się dzieje, ale stu procent pewności nigdy nie ma. Takie jest moje marzenie. Wiem, że ambitne. (śmiech)

D.B.: W takim razie życzę, żeby Twoje poszukiwania naukowe zbliżały się coraz bardziej w kierunku tych stu procent. Dziękuję za rozmowę!