Prawdopodobnie większość mieszkańców Górnego Śląska przynajmniej raz w życiu odczuła drgania będące skutkiem wstrząsu związanego z odprężeniem Ziemi. Jest to przede wszystkim efekt działalności kopalń. Ostatni silniejszy wstrząs o magnitudzie 3 został odnotowany 19 maja 2021 roku w Katowicach-Murckach. Co wiemy o tych gwałtownych zjawiskach i dlaczego nie potrafimy ich jeszcze przewidzieć? Na te pytania odpowiada dr Maciej Mendecki z Wydziału Nauk Przyrodniczych, który zajmuje się sejsmicznością indukowaną działalnością górniczą.

Rozmieszczenie stacji sejsmologicznych UŚ

Czarne złoto

Dr Maciej Mendecki, będąc z wykształcenia fizykiem i geologiem, prowadzi badania z zakresu geologii stosowanej. Wspólnie z innymi naukowcami próbuje ujarzmić naturę, wykorzystując wiedzę geologiczną. Głównym zadaniem osób reprezentujących tę dyscyplinę naukową jest poszukiwanie cennych złóż, np. ropy czy gazu, a w przypadku Górnego Śląska – pokładów węgla. Są jednak i tacy, którzy w oparciu o najnowszą wiedzę chcą przeciwdziałać negatywnym skutkom gwałtownych zjawisk związanych z ruchami tektonicznymi skał czy działalnością człowieka. Do tej grupy należy dr Maciej Mendecki, który podkreśla, że Górny Śląsk jest znakomitym miejscem do prowadzenia takich badań.

– Fedrowanie to nic innego, jak usunięcie bloków węgla o odpowiedniej objętości na określonej głębokości pod powierzchnią ziemi. Najczęściej jest to prostopadłościan o wymiarach mniej więcej kilometra długości, 100–150 m szerokości i kilku metrów wysokości – mówi naukowiec.

Skutkiem takiego działania jest powstawanie spękań i naprężenia wokół wyrobiska. Z naprężeniem związana jest energia sprężysta, która gromadzi się w skałach. Jak to zwykle bywa w takich przypadkach – istnieje pewien punkt krytyczny, którego lepiej nie przekraczać. W przeciwnym wypadku może dojść do gwałtownej destrukcji materiału skalnego.

– Niestety, skały znajdujące się na Górnym Śląsku mają dosyć nisko ustawioną ową wartość graniczną, zgodną z prawem Hooke’a. To wynika z ich struktury, dlatego często dochodzi do wstrząsów sejsmicznych. Ale mam też dobre wieści. W tej strukturze na szczęście nie kumuluje się zbyt dużo tej energii sprężystej, dlatego wstrząsy nie są zbyt silne, a szkody na powierzchni nie aż tak dramatyczne, jak w innych rejonach świata – dodaje geofizyk.

Ciekawostką jest fakt, że choć nie ma u nas naturalnych warunków sprzyjających silnym zjawiskom związanym z trzęsieniem ziemi, nasz obszar należy do jednego z najaktywniejszych sejsmologicznie terenów na świecie – właśnie ze względu na działalność człowieka. Oprócz Górnego Śląska w czołówce plasuje się również Legnicko- -Głogowski Okręg Miedziowy. Niewątpliwie miejsce na tej liście uzależnione jest od… polityki państwa.

Zmiana ustroju wpływa na częstotliwość wstrząsów

Dr Maciej Mendecki z zainteresowaniem przygląda się historii aktywności sejsmograficznej na obszarze Górnego Śląska i Zagłębia.

– Możemy w tym przypadku mówić o pewnym rytmie wyznaczanym zmianami ekonomicznymi i politycznymi. Wystarczy prześledzić archiwa z danymi. Liczba odnotowanych wstrząsów indukowanych działalnością górniczą wzrastała gwałtownie w latach 60. i 70. ubiegłego wieku, za czasów Gierka. Potem nastąpiło uspokojenie w okresie kryzysu lat 80. Następnie doszło do zmiany ustrojowej w naszym kraju i w latach 90. ponownie wzrosła aktywność działania kopalń – komentuje badacz.

Dr Maciej Mendecki

Dodaje również, że ostatnie lata to bardzo ciekawy, wręcz zaskakujący czas. Realizowana od jakiegoś czasu polityka stopniowego rezygnowania z przemysłu wydobywczego na rzecz zielonej energii powinna skutkować zmniejszeniem liczby wstrząsów, ale z danych wynika, że choć ta liczba jest rzeczywiście mniejsza, wzrosła siła zjawisk sejsmicznych. O ile dawniej silny, odczuwalny przez mieszkańców wstrząs występował raz w roku, o tyle obecnie obserwuje się trzy, a nawet cztery takie trzęsienia w ciągu 365 dni.

O silnym wstrząsie mówi się wtedy, gdy jego magnituda przekroczy wartość 3.

– Chciałbym zwrócić szczególną uwagę na to pojęcie. W doniesieniach medialnych najczęściej słyszymy o wartościach podawanych, błędnie zresztą, w skali Richtera. Ona została opracowana i dostosowana do warunków panujących w... Kalifornii. Aby ocenić siłę wstrząsu tu, lokalnie na Górnym Śląsku, potrzebowaliśmy specjalnie opracowanej relacji empirycznej. Przygotowali ją pracownicy Głównego Instytutu Górnictwa – podkreśla dr Maciej Mendecki.

Jakich informacji dostarcza nam zatem magnituda? Jeśli jej wartość przekracza 4, wówczas dochodzi do poruszenia obiektów znajdujących się w budynkach, może odpaść tynk, mogą otworzyć się na przykład drzwi kredensu. Wartość 5 oznacza najczęściej poważniejsze uszkodzenia budynków, natomiast magnituda 7 czy 8 to zrównane z ziemią całe osiedla mieszkaniowe i inna infrastruktura.

Gdzie jest epicentrum?

Trudno opisać doświadczenie wstrząsu będącego skutkiem trzęsienia ziemi. To potężna siła, która wprawia w ruch cały budynek wraz ze wszystkim, co się w nim znajduje. Jest to rodzaj jedynego w swoim rodzaju kołysania, niemającego jednak nic wspólnego z przyjemnością czy odprężeniem.

– Co ciekawe, ja po raz pierwszy doświadczyłem tego wstrząsu nie na Górnym Śląsku, a w Gruzji, w centrum Tbilisi, gdzie odbywałem staż podczas studiów doktoranckich. To był wstrząs, do którego doszło na głębokości 2 km pod powierzchnią ziemi. Pionowy kierunek fal sprawił, że w jednym momencie wszystko, co mnie otaczało, wraz ze mną, zostało na ułamek sekundy podrzucone – wspomina naukowiec.

Przyznaje również, że na podstawie analizy drgań możemy wskazać ich źródło, ponieważ ich kierunek jest zgodny z kierunkiem rozchodzącej się fali. W tym drganiu ukryta jest cała historia trzęsienia ziemi, tak jak nasz stan zdrowia w EKG serca. Na przykład mieszkańcy Sosnowca zgłaszali, że najczęściej kołysanie odbywa się kierunkach południowo-zachodnim i północno-wschodnim, co jednoznacznie wskazuje na źródło w kopalni katowickiej.

Tylko w tym roku na terenie Górnego Śląska 21 razy odnotowany został wstrząs o magnitudzie powyżej 3. Osoby zainteresowane zbadaniem częstotliwości, siły i lokalizacji wstrząsów mogą zapoznać się z danymi na stronie Górnośląskiej Regionalnej Sieci Sejsmologicznej prowadzonej przez Górnośląski Instytut Górnictwa.

Dr Maciej Mendecki zachęca wszystkich do zgłaszania odczuwanych wstrząsów.

– Takie informacje bardzo nam ułatwiają monitoring procesów, ponieważ w przypadku ogromu zachodzących zjawisk geologicznych często trudno jest wskazać akurat te, które są indukowane aktywnością górniczą. Polecam oficjalną aplikację Europejsko-Śródziemnomorskiego Centrum Sejsmologicznego (EMSC). Tych kilka kliknięć to dla nas bezcenne wskazówki – przekonuje.

Dane na temat drgań ziemi gromadzone są m.in. przez Uniwersytet Śląski w Katowicach. To jedna z dwóch uczelni w Polsce, które stworzyły własną sieć sejsmologiczną. W tym gronie jest również Uniwersytet Warszawski.

– Mamy siedem stanowisk będących częścią międzynarodowego projektu pn. Pannonian-Carpathian-Alpine Seismic Experiment. Wiele jednostek naukowych Europy połączyło siły i stworzyło narzędzia do monitorowania drgań obszaru od Morza Śródziemnego po Bałtyk. Nasza sieć została uruchomiona pod koniec 2019 roku i rozmieszczona na terenie Opolszczyzny, Górnego Śląska, Beskidów i zachodniej Małopolski. Dane przesyłane są do naszego partnera w projekcie, czyli do Instytutu Geofizyki PAN. Łącznie na potrzeby tego projektu pracuje 30 czujników w Polsce, a cała sieć w Europie liczy ich ponad 200. Badania trwają, dzięki nim mamy nadzieję opracować jeszcze lepsze narzędzia, które będą przeciwdziałać negatywnym skutkom aktywności człowieka i pozwolą lepiej poznać geodynamikę obszaru alpejsko-karpackiego – mówi naukowiec.

Uwaga! Jedzie tramwaj...

…gdy jedzie, ziemia się trzęsie – śpiewał w jednym ze swoich utworów Artur Rojek. Z drganiami mamy do czynienia na co dzień. Nie musimy wcale mieszkać na obszarach z dobrze rozwiniętym przemysłem górniczym czy tam, gdzie nakładają się na siebie ogromne płyty tektoniczne.

To tak zwany szum sejsmiczny. Powodują go fale na Bałtyku, przejeżdżający tramwaj, pracująca elektrownia itd.

– Nauczyliśmy się wykorzystywać szumy do prowadzenia badań w geologii stosowanej, aby przeciwdziałać skutkom o wiele bardziej niebezpiecznych wstrząsów – mówi badacz.

Choć obecnie naukowcy nie dysponują wiedzą i aparaturą, dzięki którym byliby w stanie przewidzieć ich wystąpienie, nie pozostajemy całkiem bezbronni wobec natury. Eksperci potrafią np. obliczać prawdopodobieństwo, z jakim na danym obszarze może dojść do trzęsienia ziemi.

– Mamy również swoje sukcesy w tej dziedzinie. Wraz z dr. Łukaszem Wojteckim planujemy oszacować efektywność tzw. strzelań torpedujących, które pozwalają rozładować naprężenia w kontrolowanych warunkach, aby zmniejszyć prawdopodobieństwo wstrząsu w wyniku aktywności górniczej. Wspólnie z prof. dr. hab. inż. Wacławem Zuberkiem opracowaliśmy też ilościowy sposób badania skuteczności tego procesu, a to znaczący krok w prognozowaniu zjawisk sejsmicznych – podsumowuje naukowiec z Uniwersytetu Śląskiego.