Prof. zw. dr hab. Adam Idziak

W powszechnym mniemaniu Polska to obszar, któremu nie grożą trzęsienia ziemi. Czy sejsmologia to potwierdza?

– To zależy, o jakich trzęsieniach mówimy. Jeśli o trzęsieniach Ziemi przez duże „Z”, kiedy dochodzi do przesunięć ogromnych mas skalnych i uwalniania równie ogromnej energii, to one nam nie grożą, choć przyrządy pomiarowe rozmieszczone w ośmiu polskich stacjach sejsmologicznych rejestrują tzw. wstrząsy telesejsmiczne, to znaczy takie, które są odczuwalne na całej naszej planecie. Natomiast jeśli mówimy o trzęsieniach ziemi przez małe „z” i rozumiemy przez to drgania skorupy ziemskiej, to takie obserwujemy właściwie ciągle. Pod tym względem szczególnie aktywne są obszary Sudetów i Karpat, a główną przyczyną jest niezakończenie się jeszcze procesu wypiętrzania się Karpat i Alp. Dlatego też aż pięć stacji sejsmologicznych zlokalizowanych jest na południu Polski. Są to – patrząc od zachodu – stacje: Książ pod Wałbrzychem, Racibórz, Ojców, Nidzica oraz Kalwaria Pacławska.

Aktywność sejsmiczną wykazuje również rejon północno-wschodniej Polski.

– Tak, a to z kolei efekt podnoszenia izostatycznego Skandynawii. Półwysep Skandynawski został niegdyś mocno przygnieciony lądolodem i teraz obserwujemy jego podnoszenie się, które sięga nawet kilku centymetrów na rok, a to bardzo dużo. Proces wydźwigania się Skandynawii powoduje ruchy skorupy ziemskiej, które są odczuwalne właśnie na północy naszego kraju, gdzie znajdują się kolejne trzy permanentne stacje sejsmologiczne: w Górce Klasztornej, na Helu i w Suwałkach. Ósma polska stacja zlokalizowana jest w Belsku, kilkadziesiąt kilometrów na południe od Warszawy, dziewiąta natomiast na Spitsbergenie.

Na Górnym Śląsku w samym tylko 2014 roku doszło do kilku odczuwalnych drgań nie tylko w Katowicach, ale także w Tychach, Mysłowicach i Bieruniu. Czy wszystkie one należą do tak zwanych trzęsień antropogenicznych, czyli spowodowanych działalnością człowieka, w tym wypadku wydobyciem węgla?

– Wydaje się, że nie. Oczywiście eksploatacja złóż węgla kamiennego miała i ma ogromny wpływ na liczbę wstrząsów odczuwanych w naszym regionie. Szczególnie intensywnie prowadzony proces wydobywczy w czasach Edwarda Gierka zaowocował na przykład aż 800 zarejestrowanymi silnymi wstrząsami (tzn. takimi, w których wyzwolona energia była większa niż milion dżuli) w całym 1977 roku. Jak łatwo policzyć, to średnio ponad dwa wstrząsy na dzień. W następnych latach obserwowaliśmy systematyczny spadek tej wartości aż do połowy lat 90. ubiegłego wieku. Potem znowu nastąpiła pewna tendencja wzrostowa. Aktualnie drgania występują rzadziej niż raz na dwa, trzy dni. Obecnie na Śląsku jest znacznie mniej kopalń niż kiedyś, ale niektóre z nich wciąż są bardziej podatne na tego typu zjawiska – nazywamy je kopalniami tąpiącymi. I chociaż to właśnie trzęsienia antropogeniczne dominują w rejonie, w którym żyjemy, to obecnie uważa się, że dochodzi również do wstrząsów powodowanych współoddziaływaniem naprężeń tektonicznych i naprężeń wywołanych eksploatacją górniczą W badaniu tych kwestii z pomocą przychodzą Czesi. Z ich obserwacji i pomiarów wynika, że mamy do czynienia z naprężeniami tektonicznymi skierowanymi z czeskiej perspektywy na północ z lekkim odchyleniem wschodnim. Przyczyną drgań odczuwalnych na Górnym Śląsku może być zatem nie tylko działalność człowieka. Analiza silnych wstrząsów zarejestrowanych w Górnośląskim Zagłębiu Węglowym wskazuje na pewne ich cechy charakterystyczne dla sejsmiczności naturalnej, oczywiście w odpowiednio mniejszej skali, chociażby to, że epicentra wstrząsów tworzą skupienia oddzielone obszarami, gdzie takie silne wstrząsy nie występują. Skupienia te związane są z określonymi elementami budowy tektonicznej: niecką bytomską, antykliną główną (Gliwice – Zabrze – Ruda Śląska – Katowice – Mysłowice), niecką główną (Bieruń – Pszczyna – Czechowice-Dziedzice), niecką kazimierzowską (Sosnowiec) oraz jastrzębsko- -rybnickim obszarem tektoniki fałdowej. Obserwuje się zmiany aktywności sejsmicznej w poszczególnych jednostkach i tzw. migrację sejsmiczności.

W relacjach prasowych na temat trzęsień ziemi spowodowanych wydobyciem węgla czytamy o tąpnięciach oraz odprężeniach górotworu. Jaka jest różnica pomiędzy oboma zjawiskami?

– Do odprężenia górotworu dochodzi w przypadku każdego wstrząsu, ponieważ jest to naturalne rozładowanie energii potencjalnej sprężystości skał. Aby to sobie zobrazować, proszę wyobrazić sobie piłeczkę wykonaną ze sprężystego tworzywa. Jeśli ją zgnieciemy w dłoni i tę dłoń otworzymy, piłeczka nie tylko wróci do swojego naturalnego kształtu, ale także delikatnie podskoczy – wydzieli energię kinetyczną. Odprężenie górotworu to skutek wstrząsu, a nie jego przyczyna. Tąpnięcie to również następstwo, tyle że bezpośrednio widoczne w wyrobisku, na przykład poprzez wyrzucenie materiału skalnego, zniszczenie obudowy czy zawalenie się stropu. Warto pamiętać, że nie każdy wstrząs powoduje tąpnięcie. Całkiem niedawno zajmująca się rejestracją tego typu zjawisk Górnośląska Regionalna Sieć Sejsmologiczna zaobserwowała bardzo mocny wstrząs w jednej z kopalń, ale kiedy skontaktowano się z nią, okazało się, że nie doszło tam do żadnych zniszczeń czy zawaleń. Warto mieć te niuanse na uwadze, zapoznając się z doniesieniami mediów na ten temat.

Subdukcja – proces tektoniczny odpowiedzialny za powstawanie najsilniejszych trzęsień ziemi. Fot. Naeblys / Fotolia

Wielkość trzęsień ziemi podaje się w magnitudzie. Pojęcie to wprowadził w 1935 roku amerykański sejsmolog Charles Francis Richter, od którego nazwę wzięła skala. Mimo że przyjęła się ona w opinii publicznej, skala Richtera nie była do końca miarodajna.

– Skala ta została stworzona dla opisu trzęsień ziemi o średniej wielkości występujących w Kalifornii, dlatego okazało się, że nie jest ona żadnym wyznacznikiem wielkości tych zjawisk na przykład w Japonii. Poza tym Richter korzystał z sejsmografu o ograniczonej czułości – urządzenie nie rejestrowało drgań słabszych niż 3 stopnie w skali Richtera i nie rozróżniało wielkości drgań w przypadku wstrząsów silniejszych niż 7 stopni. Wzór został zmodyfikowany – Japończyk Hiro Kanamori dodał do niego tak zwany moment sejsmiczny. Wiąże on wielkość trzęsienia z parametrami fizycznymi: modułem sztywności ośrodka skalnego, w którym dochodzi do trzęsienia, powierzchnią uskoku powstałą w wyniku wstrząsu oraz średnim przesunięciem się mas skalnych podczas trzęsienia, które można wyznaczyć z zarejestrowanych sejsmogramów. Środki masowego przekazu podają dzisiaj wielkość trzęsienia już z uwzględnieniem innowacji Kanamoriego, ale wciąż mówi się – trochę z przyzwyczajenia – o skali Richtera.

Najbardziej narażonym na trzęsienia ziemi rejonem świata jest tzw. pacyficzny pierścień ognia rozciągający się od Nowej Zelandii poprzez Malaje, Japonię, Kamczatkę aż do całego zachodniego wybrzeża obu Ameryk.

– Ale najbardziej narażone są wybrzeża Ameryki Południowej. Dochodzi tam bowiem do zjawiska subdukcji – płyta Nazca wchodzi pod płytę południowoamerykańską. Właśnie tam, w Chile, w 1960 roku doszło do najsilniejszego zarejestrowanego trzęsienia ziemi – siła wstrząsu wynosiła 9,5 w skali Richtera. Jednak prawdopodobieństwo, że tak mocne wstrząsy powtórzą się na tym samym obszarze w krótkim odstępie czasu, jest bardzo niewielkie.

W przeszłości Polskę nawiedzało kilka trzęsień ziemi o magnitudzie 6, czyli takich, które mogły uszkodzić budynki o stabilnych konstrukcjach. Jan Długosz wspomina w swojej Kronice o wydarzeniu z 5 czerwca 1443 roku, kiedy zawaliły się sklepienia kościołów w Brzegu i Krakowie. Czy takie teksty mogą być przydatne w pracy geofizyka?

– Ta magnituda wynosiła prawie 6, a w naszym wypadku „prawie” robi naprawdę ogromną różnicę. Skala Richtera jest skalą logarytmiczną, ponieważ określa logarytm wartości energii wyzwolonej w czasie wstrząsu, z czego wynika, że każdy następny stopień oznacza około 32-krotnie większą energię wyzwoloną. Dlatego magnituda 5,7 lub 5,8 jest naprawdę znacząco słabsza niż magnituda 6. A wracając do pytania, takie źródła, jak kroniki, są bardzo przydatne. Istnieje nawet specjalny dział sejsmologii – paleosejsmologia, która zajmuje się analizą tego typu danych. Nieżyjąca już pani profesor Zofia Droste z Instytutu Geofizyki PAN oparła swoją habilitację na analizie obrazów i rysunków ilustrujących skutki historycznych trzęsień ziemi, w tym jednego z najpotężniejszych, które nawiedziło Lizbonę w roku 1755, a o którym wspominał Wolter w Kandydzie. Cenimy wszystkie takie źródła, ponieważ pozwalają nam one powiększyć tak zwane okno czasowe – przedział, w którym wiemy cokolwiek o trzęsieniach ziemi. A im szersze okno czasowe, tym skuteczniej możemy określić prawdopodobieństwo następnych wstrząsów.

Kroniki wspominają również, że w wyniku trzęsienia ziemi w Tatrach w 1662 roku Sławkowski Szczyt obniżył się o około 300 metrów. Mógłby więc mieć dzisiaj ponad 2700 metrów i byłby wyższy niż Gerlach. Czy nauka w ogóle zajmuje się takimi dywagacjami?

– Mogło dojść do obniżenia o 3 metry, ale raczej nie o 300, bo musiałoby się to wiązać z niewyobrażalną siłą trzęsienia, dlatego nie sądzę, aby wspomniane zjawisko miało miejsce. To raczej inwencja kronikarza (śmiech).

Ostatnie w Polsce trzęsienie ziemi o magnitudzie 6 (czy też prawie 6) odnotowano w 1786 roku. Jak duże jest niebezpieczeństwo, że w przyszłości ziemia zatrzęsie się znów tak mocno? Czy w ogóle możemy to przewidzieć?

– Niebezpieczeństwo raczej nam nie grozi, ponieważ Polska to nie Grecja czy Włochy. Nie jesteśmy w stanie przewidzieć wstrząsów, możemy tylko wyznaczyć ich prawdopodobieństwo. A jest ono niewielkie. Tak samo małe jest prawdopodobieństwo wygranej w totolotka, a przecież ktoś wygrywa. Co do Śląska, to mam swoją prywatną hipotezę, że te wszystkie regularne, ale słabsze akty sejsmiczne rozładowują naprężenia mas skalnych naszego regionu i tym samym jesteśmy chronieni przed większymi i poważniejszymi w skutkach wstrząsami.