Nic nie ukryło się przed czujnym okiem specjalistycznych zespołów badawczych, pracujących w ramach projektu, któremu przewodniczy prof. zw. dr hab. Paweł Migula z WBiOŚ UŚ. Zbiornik zaporowy badany jest począwszy od wód podziemnych, przez właściwości fizykochemiczne wody i klimat, aż po faunę i florę. Naukowcom od samego początku towarzyszy UŚka, łódź badawcza Uniwersytetu Śląskiego.

Przemysław Ziemski oraz dr Andrzej Woźnica pobierają próby wody i osadów do dalszych badań

Zarządzanie i ochrona

Z zastępcą kierownika projektu, dr. Andrzejem Woźnicą (WBiOŚ), oraz rzecznikiem prasowym projektu, mgr inż. Wandą Jarosz (IETU), spotykam się w biurze ZiZOZap przy ul. Bankowej w Katowicach. Nasza rozmowa rozpoczyna się od pytania o muzykę, którą słychać w pomieszczeniu. – Wszyscy ostrzegają, że przy mnie trzeba będzie słuchać jazzu – uprzedza ze śmiechem dr Woźnica. – Podobno ten gatunek muzyki stymuluje do pracy zespołowej – dodaje. Jeśli to prawda, jazzu rzeczywiście nie może zabraknąć. ZiZOZap jest bowiem z założenia projektem interdyscyplinarnym, zrzeszającym już ponad stu naukowców reprezentujących UŚ, Politechnikę Krakowską, Instytut Ekologii Terenów Uprzemysłowionych w Katowicach (IETU) oraz Instytut Podstaw Inżynierii Środowiska PAN w Zabrzu. W centrum zainteresowania znalazł się zbiornik w Goczałkowicach, jeden z największych obiektów tego typu w Polsce. Kiedy gromadzi się informacje na temat jakiegoś obiektu, zazwyczaj są to dane jednostronne. Każdy wielofunkcyjny obiekt tego typu leży w kręgu zainteresowań wielu dziedzin nauki, dlatego pomysłodawcy projektu od początku dążyli do nawiązania współpracy z przedstawicielami wielu dyscyplin.

Cel jest niebagatelny. Zbiornik w Goczałkowicach został potraktowany jako obiekt modelowy. Naukowcy wspólnie przygotowują sposób zintegrowanego zarządzania wybranym obiektem, uwzględniając wszystkie aspekty funkcjonowania akwenu tak, aby potem można było otrzymane rozwiązania przenieść na inne, podobne zbiorniki zaporowe. Uczestnicy projektu opracowują sposób gromadzenia i wizualizacji danych, umożliwiających modelowanie procesów zachodzących w zbiorniku i jego otoczeniu. Oprócz przygotowania sposobu zarządzania tym obiektem, ważna jest również jego ochrona, rozwiązywanie problemów związanych z obniżaniem się potencjału ekologicznego i funkcjonalnego zbiornika w wyniku jego starzenia oraz przestrzennego zagospodarowywania zlewni. Stąd tak silnie podkreślana interdyscyplinarność.

Na początku trzeba jednak zgromadzić niezbędne dane. Jak zaznacza Wanda Jarosz, projekt generuje ogromną liczbę informacji: – Obecnie w bazie danych projektu znajduje się ok. 6,5 miliona rekordów, przy czym dominują dane klimatyczne gromadzone w systemie on-line. – Wizualizacja będzie przygotowana w postaci geoportalu, w którym możemy sobie wyświetlić mapę dna zbiornika opracowaną na podstawie ponad 200 000 pomiarów głębokości wykonanych przez nas, podczas pływania po jeziorze. Na tę mapę nakładane są następne elementy, które nas interesują, na przykład lokalizacja punktów pomiarowych na zbiorniku – wyjaśnia dr Woźnica. Część danych będzie ogólnodostępna, do pozostałych będą mogli dotrzeć tylko specjaliści po uzyskaniu praw dostępu.

Rejs Uśką

Zanim jednak informacje zostaną przetworzone, muszą wcześniej zostać zgromadzone, dlatego bardzo ważna jest obserwacja bezpośrednia. Przez cały okres realizacji projektu naukowcom towarzyszy UŚka, łódź badawcza Uniwersytetu Śląskiego, zakupiona ze środków Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka, środek transportu i niezbędne narzędzie pierwszego kontaktu z wodą. Liczone są ptaki, ryby, obserwowane ruchy wody, piętrzenia, badana roślinność. W tym miejscu rozpoczyna się również kolejna historia. Nadszedł bowiem czas, by przyjrzeć się zbiornikowi z bliska.

Jest początek sierpnia, wtorek. Wyruszamy UŚką o godzinie 9.00 w pięcioosobowym składzie: za sterem – dr Woźnica. Obok niego Anna Fojt z IETU, dr hab. Eugeniusz Małkowski z Katedry Fizjologii Roślin oraz dr Andrzej Pasierbiński z Zakładu Botaniki Systematycznej (UŚ, WBiOŚ). Zaczyna padać deszcz, niebo całkowicie pokryte chmurami. Zimno, około 13°C. Dr hab. Małkowski zwraca się do dr. Woźnicy: – A teraz mów mi, szczurowi lądowemu, co to bakista? Pytanie jest ważne, bo w niej ukryte są dwa termosy z gorącą wodą. Okazuje się, że bakista to schowek w postaci skrzyni, znajdujący się w kabinie. W tle słychać jazz – na początku towarzyszy nam Miles Davis.

Pierwszym punktem podróży jest Zatoka Bajerki, tam będą pobierane próby do badań. Botanicy opuszczają UŚkę. Dr Pasierbiński zajmuje się identyfikacją oraz mapowaniem roślinności za pomocą zdjęć satelitarnych i, wspólnie z dr. hab. Małkowskim, dr Agnieszką Błońską, prof. dr. hab. Stanisławem Wiką oraz dr. hab. Zbigniewem Wilczkiem, tworzy podzespół, którego zadaniem jest opis szaty roślinnej zbiornika goczałkowickiego. Przygotowywany jest model dynamiki roślinności, dzięki wykorzystaniu zdjęć satelitarnych możliwa staje się przestrzenna analiza oraz integracja informacji zbieranych w terenie przez botaników. Naukowcy oznaczają również zawartość fosforu i azotu, magazynowanych w ciągu jednego okresu wegetacyjnego w roślinach. Tę część badań wykonują pracownicy Katedry Ekologii UŚ.

– Na początku zamawiane jest zdjęcie satelitarne. Dla większych obszarów wykorzystujemy zdjęcia Landsat TM, dostępne w archiwach, możemy więc sięgnąć do zdjęć nawet sprzed 25 lat! To jest niesamowita informacja – tłumaczy dr Pasierbiński. W ramach swoich badań pracuje jednak na zdjęciach WorldView-2 o znacznie lepszej rozdzielczości: 2 m/piksel. – Zawsze kochałem mapy i kartografię, to moje hobby. Kiedy pojawiły się pierwsze ogólnodostępne systemy informacji geograficznej, od razu się nimi zainteresowałem, jestem samoukiem – dodaje. Zamówione zdjęcie satelitarne musi być odpowiednio przygotowane przez oczyszczenie z wpływu atmosfery. Kolejnym krokiem jest przeliczanie wartości rejestrowanych przez sensor na rzeczywiste wartości odbicia promieniowania, które generuje odpowiedni obraz. Następnie wybierany jest algorytm, dzięki któremu przeprowadzona zostaje klasyfikacja pikseli zdjęcia i przypisanie ich określonym typom roślinności. Dzięki temu można zbudować bardzo dokładną mapę roślinności zbiornika.

Tymczasem botanicy dopłynęli już do brzegu zatoki, aby pobrać próby. Czekamy. Jaskółki nadal nisko latają nad wodą, to zły znak. Ciągle pada deszcz. Nad nami przeleciały dwa kormorany i jedna czapla. Półtorej godziny później załoga znowu w komplecie. Badacze wracają z trzema niebieskimi workami, wypełnionymi materiałem badawczym. Dr Woźnica przygotowuje gorącą herbatę.

– Podstawowym narzędziem badacza jest rolniczy sprzęt, pamiętający czasy naszych przodków, czyli sierp – wyjaśnia dr Pasierbiński, prezentując swoje narzędzie pracy. Wstępna klasyfikacja zdjęcia satelitarnego pozwala wyznaczyć w terenie miejsca, w których znajdują się najbardziej reprezentatywne płaty roślinności szuwarowej. Głównym przedmiotem zainteresowań badaczy są trzy gatunki: manna Mielec (Glyceria maxima), trzcina pospolita (Phragmites australis) oraz mozga trzcinowata (Phalaris arundinacea).

Geoinformacja w służbie botanika

Dane pochodzące z analizy zdjęć satelitarnych pozwalają opracować przestrzenny model roślinności zbiornika, jego najbliższego otoczenia i zlewni, oraz określić rolę, jaką mogą odgrywać niektóre elementy szaty roślinnej w funkcjonowaniu zbiornika w różnych scenariuszach zdarzeń. – Sama analiza zdjęć satelitarnych nie wystarcza, trzeba jeszcze „przedeptać” szuwary. W terenie gromadzę informacje o występujących typach pokrycia terenu przy użyciu odbiornika GPS. Stosuję obszary treningowe, na których algorytm klasyfikacji pikseli „uczy się”, co oznacza dany piksel na zdjęciu satelitarnym – wyjaśnia biolog. Dzięki temu możliwa staje się automatyczna identyfikacja interesującej nas roślinności na całym badanym obszarze.

W terenie wybierany jest w miarę jednolity płat roślinności, reprezentowany przez jeden gatunek. Badacze mierzą wysokość roślin, obliczają średnią i wycinają fragment otoczony kwadratową ramką o wymiarach 0,5 x 0,5 m. Część roślin oraz gleba pobierane są dodatkowo do analizy zawartości pierwiastków. Dalsza obróbka zebranego materiału odbywa się już w Katowicach. – Materiał roślinny pobrany w celu określenia biomasy tnę na drobne kawałeczki, ważę, rozkładam w papierowych korytkach i suszę w temperaturze 100-105°C. Następnie dostarczam próby roślinne i glebowe koleżankom z Katedry Ekologii do dalszej analizy – tłumaczy dr Pasierbiński. Badanie gleby jest jeszcze bardziej czasochłonne. Jak dodaje dr hab. Małkowski, jeśli określa się zawartość pierwiastków, gleba najpierw musi być ucierana w moździerzu, aż cała próbka przejdzie przez sito o wymiarach otworu 0,25 mm, zanim zostanie poddana dalszym analizom. Określenie zawartości azotu i fosforu jest szczególnie interesujące ze względu na to, że ich nadmiar powoduje rozwój glonów, co w efekcie prowadzi do „zakwitów” na zbiorniku. Badania pokazują, że rośliny szuwarowe mogą być konkurentami glonów jednokomórkowych w wykorzystaniu tych dwóch pierwiastków. Są to pierwiastki warunkujące przyrost biomasy roślinności. Badacze mają nadzieję, że utrzymanie określonego poziomu stałej produkcji biomasy szuwarów pozwoli ograniczyć wzrost glonów w zbiorniku goczałkowickim.

Powróćmy znów na pokład UŚki. Mijamy stary bunkier wystający nad powierzchnią wody. Tam została umieszczona widoczna z daleka stacja meteorologiczna, obok której siedzą naturalnie kormorany. O 13.30 dopływamy wreszcie do fragmentu odsłoniętego dna, na którym pojawiły się pierwsze rośliny zagospodarowujące nowy obszar. Kotwica rzucona. Ubieramy specjalistyczne obuwie. Moment nieuwagi i zapadłam się w goczałkowickim błocie po kostki. Każdy kolejny krok i jestem głębiej. Przez myśl przeszło mi: chyba zostanę na zbiorniku, razem ze szkieletami ptaków i pionierską roślinnością. Na szczęście z pomocą przyszedł mi dr hab. Małkowski. Jak grząsko, trzeba iść szybciej. Dwa razy nie trzeba było mi powtarzać. Odsłonięte dno zostało tymczasem oznaczone przy pomocy odbiornika GPS. Misja zakończona. Mogliśmy powoli wracać. W drodze powrotnej zwalniamy, płytsze fragmenty zbiornika są niebezpieczne dla śruby UŚki. Gdybyśmy ugrzęzli, trzeba wysiadać i pchać. Prawie jak z samochodem – komentuje ze śmiechem dr Pasierbiński. Na szczęście dopływamy do brzegu w komplecie. Wanda Jarosz miała rację. Rejs UŚką – bezcenny.