Litosfera Polski

Obszar południowo-wschodniej Polski jest szczególnie interesujący dla nauk o Ziemi. To tutaj stykają się trzy wielkie systemy geologiczne budujące kontynent europejski: licząca ponad miliard lat wschodnioeuropejska płyta prekambryjska, platforma paleozoiczna centralnej i zachodniej Europy wieku około 300 milionów lat oraz młody system alpejski, reprezentowany w Polsce przez Karpaty. W Europie nie ma bardziej złożonej struktury litosfery, określanej często jako węzeł geotektoniczny kontynentu europejskiego. Poznanie jej budowy ma kluczowe znaczenie dla rozwiązania podstawowych problemów geodynamiki tego obszaru. Litosfera to zewnętrzna powłoka Ziemi, na kontynentach sięgająca do głębokości 100?150 km. Dla geofizyków szczególnie ważnym obiektem badań jest jej górna część ? skorupa ziemska, na kontynentach mająca grubość od około 20 do około 60 km. Skład i budowa skorupy ziemskiej wiele mówią o procesach fizycznych, które kształtowały i nadal kształtują obecne oblicze Ziemi i zasoby naturalne. Współczesne odwierty geologiczne sięgają zwykle zaledwie kilku kilometrów w głąb Ziemi. Dlatego też główne metody badań głębokich struktur litosfery i całego wnętrza Ziemi są oparte na analizie przebiegu fal sejsmicznych, generowanych podczas trzęsień ziemi lub za pomocą ładunków wybuchowych. Fale te rozchodzą się w warstwach przypowierzchniowych litosfery z prędkością ok. 1?2 km/s, natomiast w dolnej części litosfery ich prędkość wzrasta do ok. 8,5 km/s. Na podstawie zmian prędkości fal sejsmicznych wnioskuje się o gęstości, ściśliwości i sztywności ośrodka, przez który przechodziły. Dane te są podstawą do ustalania budowy wnętrza Ziemi i rozkładu występujących w nim niejednorodności.

Podczas Kongresu Europejskiej Unii Nauk o Ziemi w Wiedniu naukowcy z Instytutu Geofizyki PAN zaprezentowali wyniki badań wykonanych w ramach projektu POLCRUST. Sejsmiczne prace eksperymentalne, przeprowadzone w czwartym kwartale 2010 roku przy użyciu nowoczesnych technik sejsmiki refleksyjnej, pozwoliły odtworzyć strukturę litosfery południowo-wschodniej Polski z dotychczas nieosiągalną dokładnością. Tego typu sprzęt jest stosowany przede wszystkim do poszukiwań złóż ropy naftowej i gazu ziemnego. Celem badań było poznanie struktury górnych warstw litosfery. ?Tak dokładne badania głębokich warstw litosfery, zwłaszcza struktur leżących na głębokościach do kilkunastu kilometrów, mają nie tylko znaczenie poznawcze, ale również aplikacyjne?, mówi prof. Guterch i podkreśla jednocześnie, że na obszarze objętym pracami sejsmicznymi jest zlokalizowanych szereg koncesji na poszukiwanie węglowodorów. Badania zrealizowane w ramach projektu POLCRUST zalicza się już do nowej generacji sejsmicznych badań litosfery.

Eksperyment POLCRUST wyróżnia niespotykana skala dokładności badań geofizycznych, wynikająca z wielokrotnego prześwietlenia badanych obszarów falami sejsmicznymi. Tak precyzyjnych badań tego typu w Europie jeszcze nie było?, mówi prof. dr hab. Aleksander Guterch z Zakładu Sejsmicznych Badań Litosfery Instytutu Geofizyki PAN (IGF PAN) w Warszawie.

Analiza zgromadzonych danych pozwoliła szczegółowo odtworzyć detale budowy zewnętrznej powłoki skorupy ziemskiej na obszarze Lubelszczyzny, południowego Podlasia i polskich Karpat Wschodnich. Geofizykom z IGF PAN udało się także skonstruować nowe modele rozwoju geodynamicznego tej części Europy Centralnej. Wyniki analiz zostaną wkrótce zaprezentowane w serii artykułów w międzynarodowych czasopismach specjalistycznych.

POLCRUST to pierwszy projekt badań głębokich struktur litosfery na obszarze południowo-wschodniej Polski od czasu eksperymentu CELEBRATION 2000. Międzynarodowy projekt CELEBRATION 2000 (Central European Litosferic Experiment Based on Refraction), zainicjowany i kierowany przez Instytut Geofizyki PAN, został zrealizowany na obszarze Europy Centralnej i Wschodniej o powierzchni około 500 000 km2, z udziałem 28 instytucji z 12 krajów europejskich oraz Stanów Zjednoczonych i Kanady. W czasie jego realizacji około tysiąca geofizyków, techników i inżynierów wzięło udział w sejsmicznych pracach badawczych wzdłuż linii profilowych o łącznej długości 8900 km. W tym celu wykonano 147 dużych eksplozji, a wygenerowane w ich wyniku fale sejsmiczne były rejestrowane przez 1240 stacji sejsmicznych z dokładnością do tysięcznych części sekundy. Eksperyment CELEBRATION 2000 został uznany za największe przedsięwzięcie badawcze tego typu w historii geofizyki światowej i zaliczony do klasy eksperymentów, które wprowadzają naukę w XXI wiek. Jego realizacja wymagała ogromnej dyscypliny i dokładności. Bez współczesnych środków łączności i dokładnej lokalizacji instrumentów tego typu eksperyment nie byłby możliwy do wykonania.

Źródło: Instytut Geofizyki Polskiej Akademii Nauk w Warszawie