Dr hab. Grzegorz Lizurek prowadzi badania związane z trzęsieniami ziemi wyzwalanymi przez sztuczne zbiorniki wodne. Zajmuje się też wykorzystaniem metod geodezji satelitarnej (GNSS, GPS) w sejsmologii.

PAP: Skąd się biorą trzęsienia ziemi?

Prof. Grzegorz Lizurek: Cała najbardziej zewnętrzna część Ziemi składa się z płyt. W jednym miejscu się ze sobą zderzają, w innym się przesuwają względem siebie, a w jeszcze innym się rozsuwają.

W strefie subdukcji cięższa płyta oceaniczna zanurza się pod lżejszą, zwykle kontynentalną – tak, jak wzdłuż zachodnich wybrzeży Ameryki Południowej. Pod kontynentalną płytę południowoamerykańską wsuwa się oceaniczna płyta Nazca. Część skorupy zostaje pochłonięta i stopiona głęboko we wnętrzu Ziemi, część zostaje na zewnątrz i zgniata się – w ten sposób tworzą się góry. Z kolei w strefie ryftu na środku Atlantyku wypływa magma, która zastyga i tworzy nową skorupę.

Trzęsienie ziemi pojawia się wtedy, kiedy występuje gwałtowny ruch na jakiejś nieciągłości, czyli uskoku – w strefie, która jest narażona na duże zmiany naprężeń (sił działających na skały). Kiedy dochodzi tam do gwałtownego poślizgu mas skalnych względem siebie, występują zjawiska sejsmiczne.

PAP: Jak je mierzymy?

GL: Siłę trzęsienia ziemi opisuje magnituda, liczbowa miara wielkości zjawiska sejsmicznego. Wbrew temu, co się powszechnie uważa, magnituda nie ma dziś skali – sięga od minus nieskończoności do plus nieskończoności. Może być ujemna, kiedy w skałach pojawiają się pęknięcia w mikroskali. Pojęcie magnitudy wprowadził Charles F. Richter i określił ją jako maksymalne wychylenie zmierzone na konkretnym urządzeniu – sejsmometrze długookresowym Wooda-Andersona. Obecnie używamy zupełnie innego typu urządzeń, dzięki którym mierzymy bardziej precyzyjnie wielkość trzęsień ziemi niż za czasów Richtera.

Każdy krok i każda kolejna liczba w magnitudzie to 10 razy większe zjawisko i około 30 razy więcej energii fal sejsmicznych uwolnionej podczas drgań. 80 proc. całej energii związanej z ruchem skał na uskoku idzie na rozgrzanie i przetopienie skał w obszarze uskokowym, a tylko 20 proc. na drgania.

PAP: Jakie wartości magnitudy oznaczają zjawiska niebezpieczne?

GL: Katastrofy zdarzają się od magnitudy 6 w górę. Wiele jednak zależy od tego, jak dany kraj jest przygotowany na trzęsienie ziemi.

Magnituda 6 w Japonii zwykle jest niespecjalnie uciążliwa dla społeczeństwa, oznacza na przykład tylko wyłączenie prądu na kilka minut, ewentualnie alarm – i wtedy trzeba się schować pod biurko. Taka sama magnituda na przykład w Europie Środkowej spowodowałaby znacznie więcej szkód. Wyjątkiem jest Rumunia, która ma liczne doświadczenia z magnitudami 7 i więcej.

Największe zjawisko, jakie kiedykolwiek zmierzyliśmy – w Chile w 1960 roku – miało magnitudę 9,5. Największe trzęsienie ziemi w tym stuleciu, czyli to w Tōhoku w Japonii w 2011 roku, miało magnitudę 9,1. W jego wyniku zginęło 15 tysięcy ludzi, ale głównie były to ofiary towarzyszącego mu tsunami.

Dla porównania – trzęsienie ziemi o magnitudzie 7 na Haiti w 2010 roku zabiło 316 tysięcy osób – i nie było tam tsunami. To pokazuje, jakie znaczenie ma infrastruktura i przygotowanie kraju do trzęsienia ziemi.

PAP: Czy Polsce grozi wielkie trzęsienie ziemi?

GL: Nie, nasz kraj leży z dala od wielkich, aktywnych granic pomiędzy płytami tektonicznymi.

PAP: Ale przecież Polskę przecina z północnego zachodu na południowy wschód linia Teisseyre'a-Tornquista (TTL), granica między platformą wschodnioeuropejską a strukturami geologicznymi Europy Zachodniej.

GL: Owszem, to ważna granica tektoniczna w Polsce. Wielka struktura, która się ciągnie od Szczecina po Przemyśl, a właściwie od Skandynawii do Morza Czarnego. Jednak to jest stara strefa. Była aktywna na przełomie kredy i trzeciorzędu, czyli około 65 milionów lat temu. Od tego czasu w tym miejscu nie występuje już prawie żadna aktywność tektoniczna.

Zjawiska tektoniczne notujemy w Polsce tylko na Podhalu, w niewielkiej części Karpat, w okolicach Krynicy Zdroju i Pienińskiego Pasa Skałkowego. Naturalne trzęsienia ziemi występują też w rejonie Sudetów.

W 2004 roku wydarzyło się największe trzęsienie ziemi na Podhalu. Miało magnitudę 4,5, nie wyrządziło szkód zagrażających bezpieczeństwu, ale popękały fasady budynków.

PAP: Źródła historyczne odnotowują silne trzęsienia ziemi w Polsce?

GL: Można znaleźć wzmianki o trzęsieniu ziemi z 1443 roku z epicentrum w Bańskiej Szczawnicy na Słowacji, prawdopodobnie o magnitudzie 6,5. W wyniku wstrząsów zawaliło się kilka budynków we Wrocławiu, runął też strop kościoła św. Katarzyny w Krakowie.

Najsilniejsze zjawisko na terenie Polski zaobserwowano w XVIII wieku. W 1786 roku w okolicach Myślenic nastąpiło trzęsienie ziemi, którego magnitudę ocenia się na 5,6.

Jednak w ciągu tysiąca lat odnotowano w Polsce tylko około 100 odczuwalnych zjawisk. To jest naprawdę mała liczba. Dziś 100 zjawisk wywoływanych przez górnictwo w całym kraju rejestrujemy w ciągu miesiąca.

PAP: Czy człowiek może wywołać silne zjawiska sejsmiczne?

GL: Owszem. W Indiach w wyniku spiętrzenia wody w zbiorniku Koyna w 1967 roku wygenerowano trzęsienie ziemi o magnitudzie 6,5. Tamy buduje się na rzekach, a rzeki mogą płynąć wzdłuż uskoków. Jeśli spiętrzamy tam wodę, to możemy sprawić, że na uskokach nastąpi poślizg mas skalnych i trzęsienie ziemi.

Największe trzęsienie ziemi związane z przemysłem wydobywczym powstało w wyniku eksploatacji złóż gazu. Wydarzyło się to w 1976 roku w Gazli w Uzbekistanie, jego magnituda wyniosła 7,3. Zniszczenia w Gazli były duże, ale stosunkowo niewiele było ofiar – setka rannych i jedna ofiara śmiertelna.

PAP: Można przewidywać trzęsienia ziemi?

GL: Tak. Probabilistyczna ocena zagrożenia sejsmicznego to szczytowe osiągnięcie współczesnej geofizyki. Polega na określaniu prawdopodobieństwa wystąpienia zjawiska, którego drgania będą większe niż założony próg.

Ale trzeba pamiętać, że określamy tylko prawdopodobieństwo. Wiemy, że w ciągu – powiedzmy – najbliższych 50 lat szansa na wystąpienie zjawiska, które przekroczy wartość przyspieszenia drgań gruntu 5 metrów na sekundę kwadrat, wynosi 10 procent. Takie prawdopodobieństwo występuje tylko na największych uskokach – w Europie to na przykład uskok północno-anatolijski w Turcji.

Sprawdzalność sejsmologicznej prognozy probabilistycznej jest mniej więcej taka, jak prognozy pogody – z tą różnicą, że sejsmolodzy i synoptycy pracują w różnych skalach czasowych. Wiarygodne prognozy pogody są przygotowywane na około 3 dni, a pomiaru istotnych parametrów dokonuje się z częstotliwością raz na godzinę. Sejsmolodzy opracowują prognozy na 50 lat, a pomiary są prowadzone wtedy, gdy występują duże zjawiska.

PAP: Zdarzyło się geofizykom trafnie przewidzieć wstrząsy?

GL: Były takie przypadki – ktoś na podstawie obliczeń, pomiarów aktywności sejsmicznej przed silnym wstrząsem albo zachowania przyrody przewidział, że wystąpi duże zjawisko sejsmiczne. Dużo częściej taka antycypacja to fałszywy alarm, ponieważ nie znamy deterministycznej metody przewidywania trzęsień ziemi.

Gdyby wydawać ostrzeżenia i w większości przypadków nic by się wydarzyło - ludzie przestaliby traktować takie alarmy poważnie. Dlatego sejsmolodzy zazwyczaj nie mówią publicznie, że na przykład w ciągu najbliższych pięciu dni w jakimś miejscu wystąpi duże trzęsienie ziemi. Możemy jedynie określić, że w jakimś regionie w dłuższej perspektywie czasowej coś się może wydarzyć z pewnym prawdopodobieństwem.

Mierzymy trzęsienia ziemi w ustandaryzowany sposób od jakichś 150 lat. W tym czasie wielkich zjawisk, takich o magnitudzie 9, wydarzyło się sześć albo siedem, dwa razy tyle takich o magnitudzie powyżej 8 i kilkadziesiąt o magnitudzie 7. To nie jest wielka próba, na podstawie której można wysnuć poważne wnioski. Ale jesteśmy w stanie wyznaczyć średnie czasy powrotu tych dużych zjawisk na konkretnym obszarze. Na przykład w rejonie uskoku północno-anatolijskiego raz na jakieś 30–40 lat pojawia się ogromne, tragiczne trzęsienie ziemi – chociaż nie wiemy dokładnie, kiedy nadejdzie.

PAP: Czy kiedyś Europa Środkowa może znowu stać się rejonem nawiedzanym przez silne trzęsienia ziemi?

GL: Tak. Granice płyt tektonicznych mogą zmienić swoje położenie. Płyty tektoniczne cały czas wędrują – nie tylko względem siebie, ale również po powierzchni globu. Jednak to kwesta milionów lat, czyli perspektywa czasowa abstrakcyjna dla zwykłego człowieka. Jest abstrakcyjna również dla mnie, mimo że się tym zajmuję.

PAP: Czy można zaprząc do przewidywania trzęsień ziemi sztuczną inteligencję?

GL: To tylko kwestia tego, jak sprawić, żeby SI znajdowała konkretnie to, co chcemy. Obecnie w sejsmologii używa się sztucznej inteligencji na przykład do znajdowania większej liczby słabych zjawisk. Ludzkie oko nie wychwytuje pewnych informacji w szumie sejsmicznym – czyli ogromie danych w wynikach badań – sztuczna inteligencja może to robić.

Jednak obszar odkryć dokonywanych przez nią w sejsmologii jest ciągle niezagospodarowany. Używamy sieci neuronowych do detekcji, szybkiej parametryzacji, znajdowania wzorców w szumie. Ale chyba w żadnej dziedzinie nauki maszyna nie była jeszcze w stanie pokazać czegoś, czego już wcześniej nie wiedzieliśmy. SI może napisać artykuł, nagrać muzykę, stworzyć obraz, ale nie są to odkrywcze dzieła. Podobnie w sejsmologii.

PAP: Odczuł Pan kiedyś silne trzęsienie ziemi na własnej skórze?

GL: Naturalnego nigdy. Gdziekolwiek jadę, czy to do Kalifornii, czy do Japonii, akurat panuje tam spokój. Jestem chyba asejsmiczny.

Jedyne doświadczenia mam ze Śląska, skąd pochodzę. Tam regularnie odczuwałem wstrząsy górnicze. Człowiek kładzie się spać i podłoga mu znienacka podskakuje razem z łóżkiem… Bywało też całkiem ostro, szczególnie jak rąbnęło w którejś z bytomskich kopalni, aż otwierały się szafy. Po części dlatego wybrałem zawód geofizyka, że była to moja codzienność. (PAP)

Nauka w Polsce, Anna Bugajska

abu/ zan/ lm/