Podczas Kongresu Europejskiej Unii Nauk o Ziemi we Wiedniu naukowcy z Instytutu Geofizyki PAN zaprezentowali wyniki badań wykonanych w ramach projektu POLCRUST. Sejsmiczne prace eksperymentalne, przeprowadzone w czwartym kwartale 2010 roku przy użyciu nowoczesnych technik sejsmiki refleksyjnej, pozwoliły odtworzyć strukturę litosfery południowo-wschodniej Polski z dotychczas nieosiągalną dokładnością.

1. Szkic tektoniczny Europy Centralnej przedstawiający główne elementy tektoniczne tej części Europy, tworzone przez trzy megajednostki: platformę wschodnioeuropejską, platformę Centralnej i Zachodniej Europy oraz Karpaty. Te trzy główne systemy tektoniczne kontynentu europejskiego stykają się na obszarze południowo-wschodniej Polski. (Źródło: IGF PAN)

W ramach projektu POLCRUST, pod koniec 2010 roku, na obszarze południowo-wschodniej Polski przeprowadzono badania litosfery zaliczane do najnowszej generacji prac sejsmicznych. Po ponadrocznej analizie otrzymanych danych eksperymentalnych, naukowcy z Instytutu Geofizyki PAN rozpoczynają prezentowanie wyników projektu.

"Eksperyment POLCRUST wyróżnia niespotykana skala dokładności badań geofizycznych, wynikająca z wielokrotnego prześwietlenia badanych obszarów falami sejsmicznymi. Tak precyzyjnych badań tego typu w Europie jeszcze nie było", mówi prof. dr hab. Aleksander Guterch z Zakładu Sejsmicznych Badań Litosfery Instytutu Geofizyki PAN (IGF PAN) w Warszawie.

Projekt POLCRUST zrealizowało konsorcjum naukowo-przemysłowe, w skład którego wchodziły: Instytut Geofizyki PAN (jako lider), Polskie Górnictwo Naftowe i Gazownictwo S.A. (PGNiG) oraz Przedsiębiorstwo GEOFIZYKA Toruń Sp. z o.o.. Koszty prac (15 mln zł) w całości pokryto ze środków pozabudżetowych przekazanych przez PGNiG oraz Narodowy Fundusz Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej na wniosek Ministra Środowiska.

2. Szkic lokalizacji sejsmicznych profili refrakcyjnych na obszarze Europy Centralnej, wzdłuż których w latach 1997-2003 zrealizowano sejsmiczne badania głębokich struktur skorupy ziemskiej, w ramach projektów międzynarodowych POLONAISE '97, CELEBRATION 2000, ALP 2002, SUDETES 2003. (Źródło: IGF PAN)

Celem badań było poznanie struktury górnych warstw litosfery. Litosfera to zewnętrzna powłoka Ziemi, na kontynentach sięgająca do głębokości 100-150 km. Dla geofizyków szczególnie ważnym obiektem badań jest jej górna część - skorupa ziemska, na kontynentach mająca grubość od około 20 do około 60 km. Skład i budowa skorupy ziemskiej wiele mówią o procesach fizycznych, które kształtowały i nadal kształtują obecne oblicze Ziemi i zasoby naturalne.

Współczesne odwierty geologiczne sięgają zwykle zaledwie kilku kilometrów w głąb Ziemi. Dlatego też główne metody badań głębokich struktur litosfery i całego wnętrza Ziemi są oparte na analizie przebiegu fal sejsmicznych, generowanych podczas trzęsień ziemi lub za pomocą ładunków wybuchowych. Fale te rozchodzą się w warstwach przypowierzchniowych litosfery z prędkością ok. 1-2 km/s, natomiast w dolnej części litosfery ich prędkość wzrasta do ok. 8,5 km/s. Na podstawie zmian prędkości fal sejsmicznych wnioskuje się o gęstości, ściśliwości i sztywności ośrodka, przez który przechodziły. Dane te są podstawą do ustalania budowy wnętrza Ziemi i rozkładu występujących w nim niejednorodności.

Obszar południowo-wschodniej Polski jest szczególnie interesujący dla nauk o Ziemi. To tutaj stykają się trzy wielkie systemy geologiczne budujące kontynent europejski: licząca ponad miliard lat wschodnio-europejska płyta prekambryjska, platforma paleozoiczna Centralnej i Zachodniej Europy wieku około 300 milionów lat oraz młody system alpejski, reprezentowany w Polsce przez Karpaty. W Europie nie ma bardziej złożonej struktury litosfery, określanej często jako węzeł geotektoniczny kontynentu europejskiego. Poznanie jej budowy ma kluczowe znaczenie dla rozwiązania podstawowych problemów geodynamiki tego obszaru.

3. Przykład modelu struktury skorupy ziemskiej dla profilu refrakcyjnego CEL05 (pozycja na rys.2). Objaśnienia: czarne trójkąty na poziomej osi modelu oznaczają punkty generowania fal sejsmicznych; ciągłe linie oznaczają granice sejsmiczne w skorupie ziemskiej; 6.30, 7.00, 8.20 i in. oznaczają prędkości fal sejsmicznych w km/s dla wyznaczonych granic i pięter skorupy ziemskiej. (Źródło: IGF PAN)

Sejsmiczne prace eksperymentalne w ramach projektu POLCRUST przeprowadzono w październiku i listopadzie 2010 roku. Badania zrealizowano z użyciem najnowocześniejszej aparatury przemysłowej dla sejsmiki refleksyjnej. Tego typu sprzęt jest stosowany przede wszystkim do poszukiwań złóż ropy naftowej i gazu ziemnego.

Analiza zgromadzonych danych pozwoliła szczegółowo odtworzyć detale budowy zewnętrznej powłoki skorupy ziemskiej na obszarze Lubelszczyzny, południowego Podlasia i polskich Karpat Wschodnich. Geofizykom z IGF PAN udało się także skonstruować nowe modele rozwoju geodynamicznego tej części Europy Centralnej. Wyniki analiz zostaną wkrótce zaprezentowane w serii artykułów w międzynarodowych czasopismach specjalistycznych.

"Tak dokładne badania głębokich warstw litosfery, zwłaszcza struktur leżących na głębokościach do kilkunastu kilometrów, mają nie tylko znaczenie poznawcze, ale również aplikacyjne", mówi prof. Guterch i podkreśla jednocześnie, że na obszarze objętym pracami sejsmicznymi jest zlokalizowanych szereg koncesji na poszukiwanie węglowodorów. Badania zrealizowane w ramach projektu POLCRUST zalicza się już do nowej generacji sejsmicznych badań litosfery.

4. Serwis stacji sejsmicznej i zgrywanie zarejestrowanych danych podczas eksperymentu sejsmicznego. Czujnik drgań (sejsmometr) umieszczony na betonowej posadzce w piwnicy budynku. (Źródło: IGF PAN)

POLCRUST to pierwszy projekt badań głębokich struktur litosfery na obszarze południowo-wschodniej Polski od czasu eksperymentu CELEBRATION 2000. Międzynarodowy projekt CELEBRATION 2000 (Central European Litosferic Experiment Based on Refraction), zainicjowany i kierowany przez Instytut Geofizyki PAN, został zrealizowany na obszarze Europy Centralnej i Wschodniej o powierzchni około 500 000 km2, z udziałem 28 instytucji z 12 krajów europejskich oraz Stanów Zjednoczonych i Kanady. W czasie jego realizacji około tysiąca geofizyków, techników i inżynierów wzięło udział w sejsmicznych pracach badawczych wzdłuż linii profilowych o łącznej długości 8900 km. W tym celu wykonano 147 dużych eksplozji, a wygenerowane w ich wyniku fale sejsmiczne były rejestrowane przez 1240 stacji sejsmicznych z dokładnością do tysięcznych części sekundy. Eksperyment CELEBRATION 2000 został uznany za największe przedsięwzięcie badawcze tego typu w historii geofizyki światowej i zaliczony do klasy eksperymentów, które wprowadzają naukę w XXI wiek. Jego realizacja wymagała ogromnej dyscypliny i dokładności. Bez współczesnych środków łączności i dokładnej lokalizacji instrumentów, tego typu eksperyment nie byłby możliwy do wykonania.

Instytut Geofizyki PAN (IGF PAN) w Warszawie prowadzi badania podstawowe w zakresie fizyki wnętrza Ziemi, fizyki atmosfery, sejsmologii, geomagnetyzmu oraz hydrologii, organizuje także wyprawy polarne. Jedną z głównych specjalności Instytutu jest analiza trzęsień ziemi i wstrząsów indukowanych działalnością górniczą. Zdarzenia sejsmiczne na terenie Polski są monitorowane przez 24 nowoczesne stacje pomiarowe. Globalne zjawiska geofizyczne Instytut rejestruje za pomocą 10 obserwatoriów na terenie Polski i jednego na Spitsbergenie.

Źródło: Instytut Geofizyki Polskiej Akademii Nauk w Warszawie.