Gdy ziemia się trzęsie… - Artykuły naukowe

Powyższe pytania wywołują wymowną ciszę. Od czego zacząć?

– Jestem sejsmologiem w Zakładzie Sejsmologii Instytutu Geofizyki Polskiej Akademii Nauk – mówi badacz – gdzie zajmujemy się sejsmologią indukowaną, czyli powodowaną przez działalność ludzką, głównie przemysłową. Działalność w kopalniach, obecność zbiorników retencyjnych, pozyskiwanie ciepła z ziemi (energii geotermalnej), szczelinowanie [red. proces technologiczny polegający na wtłoczeniu do odwiertu płynu pod wysokim ciśnieniem w celu zwiększenia wydajności odwiertu], wydobywanie gazu łupkowego to potencjalne czynniki wywołujące trzęsienia ziemi.

– Na czym polega istota badań?

– Rozpoznać proces powstawania indukowanych wstrząsów sejsmicznych na tyle, by móc go kontrolować. Czyli umieć przewidzieć, zapobiec, słowem tak zaplanować i prowadzić działalność przemysłową, by wyrządzić jak najmniej szkód.

W opozycji do wstrząsów antropogenicznych (indukowanych) stoją wstrząsy tektoniczne. Są one całkowicie naturalne – powstają niezależnie od tego, co człowiek zrobi – to ruch płyt tektonicznych (kontynentalnych i oceanicznych) je napędza. W obszarach tektonicznie aktywnych występują naturalne naprężenia, gdy nałoży się na nie czynnik ludzki, na przykład napełnienie zbiornika wodą, co powoduje dodatkowy nacisk, może dojść do przyspieszenia ruchu skał na uskoku tektonicznym. Wstrząs tego typu nazywa się antropogenicznym wyzwolonym (triggerowanym). Takie wstrząsy oczywiście też są badane.

– Z jakimi wstrząsami mamy do czynienia w Polsce?

– Aż 95% wstrząsów zarejestrowanych w Polsce to jednak wstrząsy antropogeniczne indukowane, wywołane aktywnością przemysłu wydobywczego – wyjaśnia Grzegorz – rocznie dochodzi do kilkuset wstrząsów w rejonie Górnego Śląska i Legnicko-Głogowskiego Okręgu Miedziowego, a raz na jakiś czas zdarza się wstrząs w rejonie Bełchatowa.

– A co ze zbiornikami retencyjnymi? – drążę.

– Na razie namierzyliśmy jeden zbiornik podejrzany o wywoływanie wstrząsów sejsmicznych, jest nim Zbiornik Czorsztyński – mówi Grzegorz. – Instytut Geofizyki PAN prowadzi w jego rejonie badania sejsmologiczne, chcemy sprawdzić, czy obecność zbiornika generuje wstrząsy indukowane czy wyzwolone, nakładające się na naturalną aktywność sejsmiczną Pienińskiego Pasa Skałkowego. Badania wymagają jednak czasu, ponieważ wstrząsy nie są ciągłe. Bywa, że przez dwa miesiące codziennie rejestruje się wstrząsy, a przez kolejnych dziesięć miesięcy wstrząsy zachodzą z częstotliwością raz na miesiąc. Nie wiadomo na razie, czy są to zmiany sezonowe związane ze zmianą poziomu wody.

– Proszę opowiedzieć o praktycznym aspekcie badań.

– Wiedząc, że wstrząsy związane są z zmianami poziomu wody w zbiorniku albo porami roku, można będzie wdrożyć kroki zapobiegawcze lub minimalizujące takie wstrząsy, a obsługa przygotuje się na to, że „coś” się może zatrząść. Wstrząsy w okolicach zbiornika nie są póki co odczuwalne przez człowieka, w tej chwili nie ma żadnego zagrożenia, natomiast proces sejsmiczny jest taki, że najpierw rejestruje się wiele niewielkich wstrząsów o małych energiach, a raz na bardzo długi czas może wystąpić wstrząs o wielkiej energii – wyjaśnia Grzegorz.

– …który może nieść zagrożenie – uzupełniam.

– Tak, mogą wtedy popękać elementy konstrukcyjne zbiornika, domów znajdujących się nieopodal albo pobliskiej elektrowni. Oczywiście wszystkie konstrukcje są budowane z uwzględnieniem potencjalnego wystąpienia nawet naturalnych wstrząsów, ale monitorować i tak trzeba, bo wszystkiego się nie przewidzi.

Przy Zbiorniku Czorsztyńskim oraz nad kopalniami i w ich wnętrzach rozstawione są stacje sejsmiczne. Kiedy w momencie wystąpienia drgań, grunt zaczyna wibrować, nawet niewyczuwalne dla człowieka drgania rejestrowane są przez urządzenia zwane sejsmometrami. Stacje sejsmiczne montuje się od kilku do kilkudziesięciu kilometrów od potencjalnego źródła trzęsienia ziemi. Sejsmometr zapisuje prędkość drgań gruntu oraz czas wystąpienia drgań, na tej podstawie można wyliczyć, kiedy i gdzie drganie się rozpoczęło, jaką ma siłę.

– Jaka jest rola Instytutu Geofizyki w badaniu aktywności sejsmicznej Polski?

– Instytut Geofizyki monitoruje aktywność sejsmiczną na terenie Polski rutynowo oraz prowadzi badania sejsmologiczne. Prowadzimy również projekty badawcze oraz infrastrukturalne, które mają pomóc w udostępnianiu danych oraz wyników naszych badań – wyjaśnia sejsmolog – największy jest projekt IS-EPOS, w ramach którego powstaje portal internetowy z bazą danych, powiązaną z odpowiednim oprogramowaniem komputerowym. Na portalu naukowcy będą prowadzili badania nad sejsmicznością indukowaną, wyznaczając między innymi zagrożenia sejsmiczne, czyli tak zwany hazard sejsmiczny. Co bardzo ważne – kontynuuje Grzegorz – dostęp do portalu uzyskają przemysłowcy, dzięki czemu dojdzie do wymiany informacji na linii nauka–przemysł. Zysk jest obopólny, bo nauka otrzymała wcześniej dostęp do danych sejsmiczności indukowanej zbieranych w ośrodkach przemysłowych, a przemysł dostanie dostęp do nowych, lecz w pełni przetestowanych rozwiązań. To bardzo nowatorskie, praktyczne podejście do sejsmologii.

– A co Ciebie najbardziej zaciekawiło w tej dziedzinie nauki?

– Najbardziej interesują mnie mechanizmy powstawania wstrząsów. Czy wstrząs był wynikiem zawalenia stropu korytarzy podziemnych w kopalni? A może był spowodowany ruchem na uskoku, gdzie doszło do poślizgnięcia się skał po płaszczyźnie uskokowej wskutek dotarcia tam wody podziemnej?

Można sobie wyobrazić sytuację, w której warstwa uskokowa jest odizolowana od wód podziemnych warstwą nieprzepuszczalnej skały – mówi Grzegorz – i załóżmy, że ludzie przecięli tę warstwę, budując szyb lub sztolnię. Wtedy woda podziemna zaczyna wpływać do szczeliny znajdującej się na płaszczyźnie uskokowej. A obecność wody zmniejsza tarcie. Z takiego właśnie powodu na mokrej jezdni łatwiej wpaść w poślizg – dodaje. – Podobnie, na uskoku cały czas jest naprężenie wywołane choćby przez nacisk nadległych skał i kiedy tarcie się zmniejszy, skały zaczną się przesuwać, wówczas może wystąpić wstrząs. Takie sytuacje jednak zdarzają się rzadko, ponieważ technologie wydobywcze są na tyle rozwinięte, że najczęściej udaje się ich po prostu uniknąć.

W Legnicko-Głogowskim Okręgu Miedziowym większość wstrząsów rejestrowana jest nad wyrobiskiem, rzadko pod wyrobiskiem. Zazwyczaj nie dochodzi do pęknięć w stropach czy zawalania się stropów, ale wstrząsy są odczuwalne w wyrobisku, a nawet na powierzchni ziemi.

– W okolicach nawiedzanych przez wstrząsy mieszkają ludzie. Jak odczuwają wstrząsy?

– Mieszkałem przez trzydzieści lat na Śląsku, nie jest przyjemnie, jak ci się trzęsie dom…

– Trząsł ci się dom?

– Trząsł się, ale tak znośnie, można się przyzwyczaić, ściany nie pękały, ale dla nieprzyzwyczajonych jest to doświadczenie przerażające. I czasami stuka w szafach.

– Jak stuka?

– Takie z rzadka pojedyncze – stuk, stuk albo dzyń, dzyń, zależy co jest w szafie. Ale czasami, gdy wstrząs jest duży, stukanie wydłuża się do kilku sekund. Przy bardzo dużych drganiach tektonicznych potrafią one być odczuwalne przez kilkadziesiąt sekund, a przy super dużych wstrząsach – ciągłe drganie może trwać kilka minut. W Polsce podczas trzęsień ziemi zdarzają się pęknięcia ścian, elewacji, przewracanie się szafek, które najlepiej przykręcać, zgodnie z instrukcją, do ściany, otwierają się drzwi szafy, no bywało… na przykład żyrandol się kiwał.

– Dziękuję za rozmowę.

Rozmawiała: dr Magdalena Puczko