Geodezyjne badania aktywności wulkanicznej i sejsmicznej - systemy monitoringu i wczesnego ostrzegania
Autorzy: Michał Piotrowicz i Lechosław Trznadel
Aktywne strefy tektoniczne to wąskie, ostro zarysowane i ciągłe pasy gdzie skupia się aktywność sejsmiczna i wulkaniczna. Pasy takie występują na granicach płyt tektonicznych, oraz na ich powierzchni, w rejonach uskoków tektonicznych. slajdy 2 - 4
Metody obserwacyjne stosowane w badaniach aktywności sejsmicznej: slajd 5
GPS,
Total station,
Niwelacja precyzyjna,
Grawimetria,
Sejsmografy,
Inklinometry,
Satelitarne obserwacje atmosfery,
Zdjęcia satelitarne rejonów aktywnych,
Obserwacje wizualne naziemne i lotnicze,
Obserwacje natury…
GPS slajdy 6 - 7
Na powierzchni całej kuli ziemskiej rozmieszczone są stacje permanentne GPS. One dostarczają informacji o ruchach płyt. Służą też jako stacje odniesienia dla pomiarów lokalnych GPS. Lokalne sieci zakładane są w rejonach najbardziej aktywnych, a pomiary na nich wykonywane dostarczają informacji i lokalnej mobilności skorupy ziemskiej. Mogą to być pomiary stałe jak również okresowe. Mogą obejmować sieci bardzo duże jak i bardzo małe, z ich wielką zaletą jest wysoka dokładność wyników oraz brak konieczności bezpośredniej widoczności pomiędzy punktami.
Total stadion slajdy 8 - 9
Precyzyjne pomiary kątów i boków stosowane są na lokalnych sieciach geodynamicznych. Pomiary mogą być wykonywane okresowo lub w sposób ciągły. Informacje o zmianach wzajemnego położenia punktów są analizowane, a wykryte anomalie pozwalają na wnioskowanie o możliwych zagrożeniach.
Sieci takie mogą być stabilizowane na uskokach tektonicznych (po obu jego stronach) lub na wulkanach. Możliwe jest tez prowadzenie obserwacji do luster umieszczonych bezpośrednio na ścianach wulkanu, co po obliczeniach podobnych jak przy badaniach deformacji, daje informacje o ruchach własnych wulkanu.
Niwelacja precyzyjna slajd 10
Ciągi niwelacji precyzyjnej poprzez wyznaczone różnice przewyższeń pomiędzy punktami dają informacje o zmianach poszczególnych punktów lub całych ich grup. Wyznaczone przemieszczenia punktów oraz tempo zmian pozwala wnioskować o procesach zachodzących pod powierzchnią ziemi. Znajomość typowego tempa zmian na danym obszarze pozwala wyłapać zmiany odstające, a to może pomoc w przewidywaniu ewentualnych trzęsień ziemi czy wybuchów wulkanów.
Grawimetria slajd 11
Pomiary grawimetryczne pozwalają określić miejsca występowanie anomalii grawimetrycznych. Udowodniono że linie anomalii grawimetrycznych pokrywają się z liniami największej sejsmiczności, co pozwala uznać pomiary grawimetryczne za bardzo istotny element badania aktywności tektonicznej.
Sejsmografy slajd 12
Pomiary sejsmografami pozwalają ocenić siłę wstrząsów w przyjętej 10 lub 12 stopniowej skali. Wybuchom wulkanów często towarzyszą wstrząsy o różnym nasileniu. Odpowiednio szybkie zarejestrowanie takich wstrząsów może pozwolić na ewakuację ludności. Również przed trzęsieniami ziemi mogą występować serie mikrowstrząsów. W terenach szczególnie aktywnych tektonicznie sejsmografy instalowane są trójkami co pozwala na podstawie prędkości dochodzenia fal określić w pewnym przybliżeniu miejsce gdzie doszło do wstrząsów oraz ocenić głębokość epicentrum wstrząsów.
Inklinometry slajd 13
Badania francuskich naukowców wykazały że przed gwałtownymi ruchami skorupy ziemskiej teren lekko nachyla się. Nachylenie to można zmierzyć za pomocą inklinometrów. Dzięki wystarczająco gęstemu rozmieszczeniu takich urządzeń, zainstalowanych na przykład na stacjach meteorologicznych, jest nadzieja na codzienne kontrolowanie wartości wychylenia i śledzenie dzień po dniu ruchów tektonicznych, które powstają w obserwowanym terenie.
Satelitarne obserwacja atmosfery slajd 14
Rosyjscy naukowcy chcą wysłać na orbitę satelitę, który pomógłby przewidywać trzęsienia ziemi. System pozwoli na przewidywanie trzęsień ziemi z wyprzedzeniem co najmniej kilku godzin.
Pomysł ten opiera się na spostrzeżeniu, że trzęsienia ziemi często poprzedzane są wyjątkowymi zjawiskami w atmosferze. Z orbity, specjalne urządzenia będą zatem obserwować jonosferę. Czujniki będą śledzić pojawianie się gazów i obecność naładowanych cząsteczek, jak również drobne fluktuacje ziemskiego pola magnetycznego. Zdaniem specjalistów, wykrycie takich zmian pozwala na przewidywanie występowania trzęsień ziemi na tyle wcześnie, że umożliwi to ewakuację najbardziej zagrożonych regionów.
Przygotowywany właśnie rosyjski satelita - Priedwiestnik-E, będzie wyposażony we wszystkie niezbędne sensory, umożliwiające obserwację jonosfery na wysokości do 450 km. Informacje będą następnie przesyłane na Ziemię, gdzie poddane zostaną analizie.
Zdjęcia satelitarne rejonów aktywnych slajd 15
NASA i badacze uniwersyteccy pracują obecnie nad komputerowym narzędziem symulacyjnym, które da być może uczonym wgląd w skomplikowaną i tajemniczą fizykę trzęsień Ziemi oraz pozwoli poprawić jakość prognoz dotyczących tych śmiercionośnych zjawisk.
Naukowcy z NASA razem z badaczami z wielu uniwersytetów rozwijają zawansowany system modelowania trzęsień ziemi nazwany QuakeSim. Kiedy prace zostaną ukończone uczeni dowiedzą się więcej o tym, co te zjawiska wywołuje.
Nowe narzędzia wykorzystują najnowsze technologie - między innymi system GPS oraz system interferometryczny mierzący "ciche" (nie powodujące trzęsień) ruchy płyt tektonicznych.
Program symuluje w jaki sposób setki niezależnych uskoków oddziałuje ze sobą i pozwala na szukanie korelacji między nimi. Pozwoli to na przewidywanie zjawisk o sile ponad 6 stopni Richtera. Dane z symulacji porównywane są z rzeczywistymi. Model pozwolił już na przewidzenie (w okresie od 2000 roku) pięciu zjawisk, które zaszły w Kalifornii w odległościach nie większych niż 11 kilometrów od miejsc wskazanych prognozą.
QuakeSim tworzy dwu- i trójwymiarowe modele napięć w ziemskiej skorupie i górnym płaszczu w skomplikowanych geologicznie rejonach, pełnych oddziałujących ze sobą uskoków. Pokazuje w jaki sposób zdeformuje się powierzchnia planety na skutek trzęsienia.
Obserwacje wizualne naziemne i lotnicze slajd 16
Dużą rolę w monitorowaniu rejonów bardzo aktywnych, a w szczególności wulkanów odgrywają obserwacje wizualne. Jest to najprostszy i najtańszy sposób monitoringu.
Obserwator, który stale obserwuje te same rejony bardzo szybko zauważa zachodzące zmiany w ukształtowaniu obszaru.
Obserwacje natury slajd 17
Sejsmolodzy chińscy kładą duży nacisk na obserwacje zachowania się zwierząt przed trzęsieniem ziemi. Udało im się spektakularne przepowiedzenie trzęsienia ziemi (o magnitudzie 7,3) w prowincji Liaoning w 1975 r. Do wyników pomiarów parametrów fizycznych dołączyły dane o nienormalnych zjawiskach zebrane od tysięcy specjalnie przeszkolonych obserwatorów. Na 6 tygodni przed wielkim trzęsieniem zaobserwowano nienormalne zachowanie zwierząt (węży) i znaczne wahania poziomu wód w studniach. Woda w nich stawała się gliniasta lub zawierała gaz, następowało zwiększenie zawartości radu na poziomie freatycznym.
Nowe techniki slajdy 18 - 19
NASA i badacze uniwersyteccy pracują obecnie nad komputerowym narzędziem symulacyjnym, które da być może uczonym wgląd w skomplikowaną i tajemniczą fizykę trzęsień Ziemi oraz pozwoli poprawić jakość prognoz dotyczących tych śmiercionośnych zjawisk.
Naukowcy z NASA razem z badaczami z wielu uniwersytetów rozwijają zawansowany system modelowania trzęsień ziemi nazwany QuakeSim. Kiedy prace zostaną ukończone uczeni dowiedzą się więcej o tym, co te zjawiska wywołuje.
Nowe narzędzia wykorzystują najnowsze technologie - między innymi system GPS oraz system interferometryczny mierzący "ciche" (nie powodujące trzęsień) ruchy płyt tektonicznych.
Program symuluje w jaki sposób setki niezależnych uskoków oddziałuje ze sobą i pozwala na szukanie korelacji między nimi. Pozwoli to na przewidywanie zjawisk o sile ponad 6 stopni Richtera. Dane z symulacji porównywane są z rzeczywistymi. Model pozwolił już na przewidzenie (w okresie od 2000 roku) pięciu zjawisk, które zaszły w Kalifornii w odległościach nie większych niż 11 kilometrów od miejsc wskazanych prognozą.
QuakeSim tworzy dwu- i trójwymiarowe modele napięć w ziemskiej skorupie i górnym płaszczu w skomplikowanych geologicznie rejonach, pełnych oddziałujących ze sobą uskoków. Pokazuje w jaki sposób zdeformuje się powierzchnia planety na skutek trzęsienia.
Zapobieganie skutkom erupcji wulkanicznych
Badania wulkanów, prowadzone w celu prognozowania erupcji, ich siły i przebiegu obejmują m.in. monitoring sejsmiczny, akustyczny, termiczny i geochemiczny (np.: U.S. Geological Survey's Volcano Hazards Program)
Stosuje się również monitoring satelitarny wybuchów wulkanów, a także komputerowe modelowanie procesów wulkanicznych, oparte na danych uzyskanych zarówno w wyniku monitoringu, jak też prac eksperymentalnych.
Dla osiedli znajdujących się w pobliżu wulkanów są opracowywane szczegółowe plany ewakuacyjne; duże znaczenie ma rozwój systemów ostrzegania, powoływanie i szkolenie specjalnych służb ratowniczych, edukacja mieszkańców zagrożonych obszarów, a także długoterminowe planowanie urbanistyczne, pozwalające uniknąć koncentracji ludności w rejonach szczególnie niebezpiecznych. Niekiedy buduje się również zapory i kanały, które mają ukierunkować przemieszczanie się produktów erupcji.
BIBLIOGRAFIA:
Trzęsienia ziemi i wulkany Jean-Pierre Rothe,
Nowe spojrzenie na starą planete - zmienne oblicze Ziemi Tjerd H. van Andel,
„Dobromierz” geodynamic network - results of 2001 and 2002 campaigns Stefan Cacoń, Stanisław Dyjor, Jan Kapłon, Jarosław Bosy, Bernard Kontny,
Gargano local GPS network monitoring, data processing and geodetic interpretations in period 2002-2003 Stefan Cacoń, Jarosław Bosy, Bernard Kontny,
strony internetowe: