Slovensko bude mať prvú gravimetrickú slapovú stanicu [vedanadosah.sk]

Nedávne zemetrasenia na Slovensku upozornili na to, že zemská kôra je neustále v pohybe a týka sa to aj nášho územia. Porozprávali sme sa preto o tejto téme s Jurajom Janákom z Katedry geodetických základov zo Stavebnej fakulty Slovenskej technickej univerzity (STU) v Bratislave.

ANDREA DEVÁNOVÁ: Počas posledných dvoch desaťročí bežalo viacero projektov zameraných na zisťovanie pohybov zemskej kôry. Aké projekty to boli a v čom spočíva ich prínos?
JURAJ JANÁK: Boli to najmä dva európske projekty, ktoré na seba nadväzovali: CERGOP a CERGOP2/ENVIRONMENT, ktoré boli riešené v rokoch 1995 až 2006. Ich cieľom bolo určenie rýchlosti a smeru pohybov zemskej kôry, odhadnutie napätí v zemskej kôre a vytvorenie geodynamického modelu zemskej kôry v danej oblasti. Na projekte participovalo 14 krajín, ktorých územie zasahuje do oblasti strednej Európy. Zvláštna pozornosť bola venovaná Adriatickej mikroplatni, Balkánu a Dinaridom, Karpatskému oblúku, Panónskej panve a východným Alpám (pozri obr. 1). Potom treba spomenúť ďalší európsky projekt UNIGRACE, ktorý bol zameraný na zjednotenie gravimetrických referenčných systémov v regióne strednej Európy a nakoniec projekt ITMS s názvom Národné centrum diagnostikovania deformácií zemského povrchu na území Slovenska. Cieľom posledného zo spomenutých projektov bolo vybudovať národnú infraštruktúru umožňujúcu monitorovať deformácie zemského povrchu pozostávajúcu z 9 špeciálne stabilizovaných dvojíc bodov využívajúcich dve rôzne meracie techniky: globálne navigačné družicové systémy (GNSS) a absolútnu gravimetriu. Druhá zo spomenutých techník umožňuje nezávislé monitorovanie vertikálnej zložky deformácie.
Obr. 1: Mapa významných zlomových systémov v strednej, východnej a južnej Európe na podklade digitálneho terénneho modelu GTOPO30. Zdroj - (Caporali a kol., 2009)

A. D.: Majú výsledky týchto európskych projektov, na ktorých sa podieľali aj odborníci zo Stavebnej fakulty Slovenskej technickej univerzity, dopad na súčasný stav monitorovania pohybov zemskej kôry?
J. JANÁK: Áno, mnohé z bodov, ktoré boli v rámci týchto projektov zriadené a monitorované, sú monitorované doteraz. Viaceré body, ktoré sa na začiatku merali iba epochovo, väčšinou 1 týždeň do roka, sa začali monitorovať permanentne, pričom vznikla permanentná sieť monitorovacích bodov CEGRN. Výsledky projektu CERGOP boli zhrnuté vo viacerých publikáciách, ako napríklad tu alebo tu.
Veľkým prínosom bolo zostavenie mapy regionálnej časti rýchlostného poľa, po odstránení globálneho pohybu Euroázijskej tektonickej platne, v oblasti strednej a východnej Európy (pozri obr. 2). Analýzou rýchlostného poľa je možné tiež odhadnúť napätia, ktoré sa akumulujú v zemskej kôre. Na podklade napäťového poľa je zasa vidieť tektonicky aktívne oblasti, ktoré korešpondujú s oblasťami s vyššou tektonickou a seizmickou aktivitou.
Obr. 2: Horizontálne rýchlostné pole po odstránení globálneho pohybu Euroázijskej tektonickej platne získané analýzou meraní projektu CERGOP, CERGOP2/ENVIRONMENT a pokračujúcich aktivít konzorcia CEGRN. Zdroj - (Caporali a kol., 2009)

A. D.: Vráťme sa k projektu Národné centrum diagnostikovania deformácií zemského povrchu na území Slovenska. Merania sa v rámci tohto národného projektu konali v 9 miestach. Prečo práve v týchto miestach?
J. JANÁK: Snaha bola, aby lokality rovnomerne pokrývali územie Slovenska, konkrétne miesta boli vyberané po konzultácii s geológom tak, aby boli čo najstabilnejšie a vystihovali pohyby zemskej kôry v danej oblasti. Veľká pozornosť sa sústreďuje do oblasti Vysokých Tatier a okolia, kde sa nachádzajú body Gánovce, Liesek a Lomnický štít s cieľom zistiť ich vertikálny pohyb (či ako celok rastú, alebo klesajú), a tiež sa monitorujú vulkanické pohoria v okolí Banskej Štiavnice a Kamenice nad Cirochou. Môžeme povedať, že množina spomínaných 9 bodov tvorí základnú infraštruktúru na monitorovanie deformácií zemského povrchu, na ktorú sa v prípade potreby detailnejších analýz možno pripájať.

A. D.: Spomínali ste dve meracie techniky, GNSS a absolútna gravimetria. Aké presnosti možno od týchto techník očakávať. Používate aj ďalšie meracie techniky?
J. JANÁK: Výhodou metódy GNSS je, že môže monitorovať pohyby bodu nepretržite 24 hodín denne, takmer bez ohľadu na počasie. Treba však povedať, že extrémne počasie, napríklad silné búrky, snehové zrážky, alebo výrazná slnečná aktivita, môžu mať vplyv na výsledky merania. Relatívna presnosť geodetických prijímačov je rádovo niekoľko milimetrov, v prípade horizontálnych pohybov je reálne zachytiť relatívnu zmenu polohy vzhľadom k inému bodu už na úrovni 1 mm, no v prípade vertikálneho pohybu je presnosť niekoľkonásobne horšia, čo je spôsobené neistotou v modelovaní stavu troposféry a ionosféry. Môžeme teda povedať, že neistota v určení vertikálnej zložky pohybu pomocou GNSS techniky je väčšia. Absolútna gravimetria je vzhľadom k metóde GNSS nezávislá metóda a vhodne dopĺňa monitorovanie práve spomenutej vertikálnej zložky pohybov zemskej kôry. Je známe, že zmenou výšky sa tiažové zrýchlenie výrazne mení, čím väčšia je nadmorská výška, tým menšie je tiažové zrýchlenie. Absolútnym gravimetrom sme teda schopní zistiť vertikálny posun voči ťažisku Zeme o veľkosti niekoľkých milimetrov. Výhodou pri tejto metóde je to, že sa nepotrebujeme pripájať na žiadne okolité body, metóda je absolútna. Aby to však nebolo také jednoduché, je potrebné uvážiť viacero faktorov, ktoré spôsobujú časové zmeny tiažového poľa, a to slapy (zmeny spôsobené relatívnym pohybom Mesiaca a Slnka vzhľadom k Zemi), pohyb okamžitého pólu, variáciu atmosférického tlaku a hydrologické efekty. Prvé tri efekty sa v súčasnosti štandardne modelujú s vysokou presnosťou a nie je problém s ich odstránením. Inak je to s efektom spôsobeným variáciou hydrologických hmôt. Najmä lokálna zložka tohto efektu sa musí modelovať individuálne na každom stanovisku na základe simultánneho merania vlhkosti pôdy a prípadne hladiny podzemnej vody v blízkom okolí, čo nie je jednoduché.
Ďalšou mladou meracou technikou používanou v poslednom období na monitorovanie deformácií zemského povrchu je družicová radarová interferometria InSAR. Táto metóda vhodne dopĺňa iné geodetické techniky a jej výhodami sú nezávislosť od počasia, možnosť monitorovať naraz veľké územie a po vypustení dvoch európskych satelitov SENTINEL-1 aj vysoké časové rozlíšenie. Už aj v súčasnosti prebieha monitorovanie niektorých zosuvných a poddolovaných lokalít, ako aj niektorých vybraných stavebných diel pomocou tejto metódy. Viaceré výsledky našej práce sú prezentované na internetovej stránke www.insar.sk.

A. D.: Dá sa z doterajších meraní v oblasti Vysokých Tatier jednoznačne prehlásiť, či rastú, alebo klesajú?
J. JANÁK: Pohyby, ktoré pozorujeme v oblasti Vysokých Tatier sú veľmi malé. Ukazuje sa, že napriek veľkej snahe monitorovať vertikálny pohyb slovenských veľhôr musíme byť pri interpretácii výsledkov meraní veľmi opatrní, pretože sa pohybujeme na hranici presnosti jednotlivých meracích techník. Preto na túto otázku budem odpovedať tak, že zatiaľ sa to jednoznačne prehlásiť nedá, avšak práve kombináciou viacerých metód je reálne, že v časovom horizonte 5 – 10 rokov budeme schopní zaujať k tejto otázke jasnejšie stanovisko.

A. D.: K čomu zaujímavému ste ešte v rámci výskumu dospeli a čo plánujete do budúcna?
J. JANÁK: Dôležitým fenoménom súvisiacim s deformáciou zemskej kôry sú zosuvy pôdy, poklesy terénu v poddolovaných oblastiach, alebo pohyby stojacich budov v blízkosti stavebných výkopov na výstavbu nových stavebných diel. Mnohé lokality na Slovensku sú ohrozené niektorým zo spomenutých fenoménov. Niekoľko vybraných oblasti v súčasnosti monitorujeme, pričom spolupracujeme s geológmi, geofyzikmi, hydrológmi a banskými inžiniermi. Participujeme na meraniach deformácií v oblasti Vikartovského tektonického zlomu v okolí Popradu, pričom využívame základnú infraštruktúru vybudovanú v rámci predchádzajúcich projektov. Pokračujeme v monitorovaní deformácií územia Slovenska viacerými meracími technikami. V spolupráci s Geodetickým a kartografickým ústavom a s Ústavom vied o Zemi SAV plánujeme v Hurbanove v priebehu niekoľkých mesiacov spustiť prvú gravimetrickú slapovú stanicu na území Slovenska. Táto stanica by mala slúžiť na presnejší výpočet slapových opráv, ako aj na testovanie gravitačného účinku hydrologických hmôt.
Odborný garant textu a fotografie poskytol: Juraj Janák, Katedra geodetických základov, Stavebná fakulta STU, Bratislava
Zhovárala sa: Andrea Devánová, NCP VaT pri CVTI SR

[vedanadosah.sk 08/10/2018]
Link: http://vedanadosah.cvtisr.sk/slovensko-bude-mat-prvu-gravimetricku-slapovu-stanicu