Trudne badania - metody geologii morza

Morze zwykle kojarzy się ze słońcem, plażą i kąpielą, w niezbyt ciepłym, co prawda, i nie zawsze czystym, ale
spokojnym Bałtyku. Bałtyk jest jednak morzem burzliwym, nie tylko jesienią i zimą ale też wiosną i latem.

Kiedyś, nawet przy dobrej pogodzie, trudno było utrzymać statek dokładnie nad punktem pomiarowym czy
profilem badawczym. Dzisiaj systemy nawigacji satelitarnej i systemy dynamicznego utrzymywania pozycji bardzo
ułatwiają pracę. Komputerowo sterowane silniki, sprzężone z systemem nawigacyjnym pozwalają na dokładne
określenie i utrzymanie pozycji statku, nawet przy nie najlepszej pogodzie. Mimo to, dla geologa morskiego,
pogoda jest wciąż podstawowym problemem. Wiele prac badawczych prowadzonych ze statku wymaga dobrej
pogody, a takich dni na Bałtyku nie ma zbyt dużo.

W morskiej geologii rzadko stosuje się klasyczne metody używane na lądzie, przede wszystkim z powodu
ogromnych trudności, na które natrafiamy przy bezpośrednich obserwacjach i pomiarach. Pole obserwacji
płetwonurka, czy specjalnego pojazdu podwodnego, ograniczone jest zwykle do kilkudziesięciu metrów.

Sondowanie dna

Pobieranie próbek osadów z powierzchni dna morskiego, a tym bardziej penetracja dna morskiego, przy pomocy
różnego rodzaju próbników jest o wiele trudniejsze niż na lądzie. Próbniki i sondy są na ogół ciężkie i wymagają
użycia odpowiednich urządzeń dźwigowych i spokojnego morza. Zależnie od celu badań stosuje się różnego
rodzaju przyrządy, począwszy od najprostszych czerpaków zgarniających osad z powierzchni dna.

Czerpak typu Van Ve-ena do sond rdzeniowych - grawitacyjnych i wibracyjnych

Sonda rdzeniowa typu Kullenberga

Page 1 of 6

PGI - Państwowy Instytut Geologiczny :: Trudne badania - metody geologii morza

2008-04-17

http://www.pgi.gov.pl/index2.php?option=com_content&task=view&id=398&Itemid...

Sonda rdzeniowa wibracyjna i specjalnych próbników do poboru rdzeni o nienaruszonej strukturze

Sonda typu box corer

Page 2 of 6

PGI - Państwowy Instytut Geologiczny :: Trudne badania - metody geologii morza

2008-04-17

http://www.pgi.gov.pl/index2.php?option=com_content&task=view&id=398&Itemid...

Sondy typu Niemisto do poboru rdzeni osadów mulistych

Sonda typu OSCOR do poboru osadów piaszczystych.

Morska akustyka

Morze utrudnia stosowanie bezpośrednich metod badawczych, pozwala za to na dużo szersze niż na lądzie
stosowanie różnego rodzaju metod pośrednich, zwłaszcza metod akustycznych.

Metody akustyczne pozwalają poznać rzeźbę dna morskiego oraz zajrzeć w głąb skorupy ziemskiej. W początkach
XX wieku, głębokość morza mierzono sondą ciężarkową. Skonstruowanie w czasie I wojny światowej echosondy, a
następnie zastosowanie jej do celów naukowych, umożliwiło kolosalny postęp w poznaniu rzeźby dna mórz i
oceanów. Obecnie do badania rzeźby dna, poza klasycznym profilowaniem echosondażowym, stosuje się
echosondy wielowiązkowe i sonary boczne. Tradycyjna echosonda pokazuje profil dna morskiego, wzdłuż trasy
statku. Obraz dna morskiego, uzyskany za pomocą echosondy wielowiązkowej porównać można do zdjęcia
lotniczego lub satelitarnego, wykonanego pionowo nad powierzchnią terenu. Echosondy wielowiązkowe śledzą dno
w pasach, odpowiadających trasie statku i szerokości w przybliżeniu równej, dwukrotnej głębokości akwenu.
Wyniki tych pomiarów, pozwalają budować precyzyjne modele przestrzenne dna i rozpoznawać, nawet stosukowo
niewielkie obiekty, jak pojedyncze głazy.

Znacznie bardziej plastyczny obraz pokazuje sonar boczny. Można go porównać do fotografi lotniczej lądu,
wykonanej pod kątem, w sytuacji gdy słońce jest nisko nad horyzontem i z tyłu za obiektywem aparatu

Schemat działania sonara bocznego.

Sonary dają obraz powierzchni w pasach, o szerokości kilkudziesięciu do kilkuset metrów, pozwalający rozróżnić

Page 3 of 6

PGI - Państwowy Instytut Geologiczny :: Trudne badania - metody geologii morza

2008-04-17

http://www.pgi.gov.pl/index2.php?option=com_content&task=view&id=398&Itemid...

rodzaj osadów dennych, formy z nich utworzone, a także obiekty takie, jak głazy czy wraki leżące na powierzchni
dna.

Obraz sonarowy dna Południowej Ławicy Środkowej. Widoczne, nieregularne pola piaszczyste, słabo odbijające
sygnał akustyczny (powierzchnie jasne) na powierzchni osadów żwirowych, dobrze odbijających sygnał akustyczny
(powierzchnie ciemne).

Dno Zatoki Gdańskiej na rejestracji sonarowej. Widoczne różnego rozmiaru zmarszczki na powierzchni osadów
piaszczystych. Zbocza zmarszczek nachylone w kierunku źródła sygnału akustycznego mocniej odbijają fale
dźwiękowe (barwy ciemne) niż zbocza znajdujące się w cieniu (barwy jasne).

Głębokie rozpoznanie

Do rozpoznania budowy geologicznej, głębszych warstw dna morskiego, stosuje się profilowanie sejsmiczne i
sejsmoakustyczne. Stosowanie różnej częstotliwości i mocy fal akustycznych, umożliwia prześwietlenie skał
budujących dno morskie, dotarcie do różnych głębokości i z różną dokładnością. Im większa moc i niższa
częstotliwość fal akustycznych, tym głębiej możemy zajrzeć w głąb skorupy ziemskiej. Wyższe częstotliwości,
pozwalają na rozpoznanie drobniejszych struktur i cieńszych warstw, ale ograniczona jest wówczas głębokość
penetracji. W zależności od stosowanej aparatury, możliwe jest poznanie budowy geologicznej dna do głębokości
kilku kilometrów i identyfikacji warstw, o miąższości od kilkudziesięciu metrów do kilkunastu centymetrów. Oprócz
morskich metod sejsmicznych, stosowanych do rozpoznania głębokich struktur skorupy ziemskiej lub poszukiwań
naftowych, stosuje się wysokorozdzielczą sejsmikę refleksyjną i metody sejsmoakustyczne.

Schemat badań dna morskiego metodami sejsmoakustycznymi. Wysokorozdzielcza sejsmika refleksyjna pozwala
śledzić przekrój warstw osadowych do około 1-2 km pod dnem, jednak jej rozdziel-czość jest zbyt mała do
szczegółowego przedstawienia budowy osadów czwartorzędu

Page 4 of 6

PGI - Państwowy Instytut Geologiczny :: Trudne badania - metody geologii morza

2008-04-17

http://www.pgi.gov.pl/index2.php?option=com_content&task=view&id=398&Itemid...

"Airgun" działko powietrzne- źródło fal akustycznych niskiej częstotliwości,

Budowa geologiczna dna południowego Bałtyku zarejestrowana za pomocą wysokorozdzielczej sejsmiki
refleksyjnej.

Bardziej precyzyjne są metody sejsmoakustyczne, ale ich zasięg jest mniejszy i wynosi kilkadziesiąt do stu
kilkudziesięciu metrów. Metody te, wykorzystują różne zestawy aparatury profilującej, o odmiennej konstrukcji i
przeznaczeniu. Zestawy wysokoczęstotliwościowe.

"Pinger" - źródło fal akustycznych

Page 5 of 6

PGI - Państwowy Instytut Geologiczny :: Trudne badania - metody geologii morza

2008-04-17

http://www.pgi.gov.pl/index2.php?option=com_content&task=view&id=398&Itemid...

Zamknij okienko

"Chirp" - źródło fal akustycznych o modulowanej częstotliwości, dysponują przeważnie źródłami sygnału o
niewielkiej mocy, co ogranicza głębokość profilowania do około 20 m poniżej dna, przy rozdzielczości do 30cm.

Fragment dna Zatoki Gdańskiej - profil seismoakustyczny zarejestrowany za pomocą aparatury typu "Pinger".

Fragment dna Zatoki Gdańskiej - profil seismoakustyczny zarejestrowany za pomocą aparatury typu "Chirp".

Na podstawie interpretacji profili sejsmoakustycznych, skorelowanych z profilami wierceń, wykonuje się przekroje
geologiczne, a wykorzystując przekroje w regularnej siatce, można przygotować mapy i modele wybranych
warstw.

Autor: Szymon Uścinowicz
Oddział Geologii Morza Państwowego Instytutu Geologicznego

Page 6 of 6

PGI - Państwowy Instytut Geologiczny :: Trudne badania - metody geologii morza

2008-04-17

http://www.pgi.gov.pl/index2.php?option=com_content&task=view&id=398&Itemid...