Prof. Szczuciński - Rozszyfrować tajemnice osadów

Fotografia w nagłówku
Prof. Witold Szczuciński
Prof. Witold Szczuciński

 

 

Profesor UAM Witold Szczuciński z Instytutu Geologii UAM od lat prowadzi intensywne badania w różnych częściach świta. Lista miejsc, które odwiedził jest naprawdę imponująca. Jego pasją jest badanie procesów kształtujących Ziemię i ich zapisu, czyli osadów. Jak przekonuje jest to rodzaj niezwykle fascynującej pracy detektywistyczno-naukowej. Odkrycia, które jej towarzyszą nie tylko poszerzają wiedzę o świecie ale nierzadko mają również praktyczne zastosowanie. Tak jest w przypadku badań związanych z poznawaniem wielkich katastrof naturalnych. Te profesora interesują najbardziej.

- Badania z zakresu sedymentologii (nauki badającej procesy powstawania skał osadowych) w wielu aspektach podobne są do pracy, którą w archiwach wykonują historycy odtwarzający minione wydarzenia ze starych ksiąg i dokumentów. Często aby je poznać muszą najpierw rozszyfrować język w którym te dokumenty zostały zapisane. Podobnie sedymentolog, wiedzę o świecie czerpie z ksiąg geologicznych – mówi prof. Szczuciński. Tworzą je osady powstałe w ciągu setek, miliardów lat. Zapis ten jest jednak zaszyfrowany w kształcie ziaren piasku, układzie warstw skalnych, czy ich składzie izotopowym. Ale wprawny geolog odczyta te informacje. Dają one obraz tego co działo się w przeszłości na Ziemi: jak daleko było ujście rzeki, jaka była temperatura oceanu, czy i kiedy zachodziły gwałtowne zmiany. Stosując też zasadę "przeszłość kluczem do przyszłości" można na ich podstawie określić na przykład prawdopodobieństwo z jaką częstotliwością pewne zjawiska zdarzą się w przyszłości. W przypadku tsunami i trzęsień ziemi takie informacje mogą mieć ogromne znaczenie.

Nie bez przyczyny termin „tsunami” pochodzi z języka japońskiego – tłumaczy Profesor. To właśnie w tym rejonie świata do takich zjawisk dochodzi wyjątkowo często. Zapis tych, które zdarzyły się w czasach historycznych można znaleźć w kronikach ale informacje o starszych zdarzeniach czerpiemy z badań osadów, które pozostawiły po ze sobie te katastrofalne zalewy wód morskich. Na ich podstawie możliwe jest m.in. szacowanie magnitudy trzęsienia ziemi, która wywołała tsunami a także prognozowanie prawdopodobieństwa wystąpienia kolejnych katastrof.

Czytaj też: Mistrza Wydry rozmowy ze śmiercią

Przykładem zastosowania tej wiedzy, ale i jej ograniczeń, był katastrofalny rok 2011. Wtedy to u wybrzeży regionu Tōhoku na wyspie Honsiu, doszło do potężnego trzęsienia ziemi, którego następstwem było wielkie tsunami a w dalszej konsekwencji awaria elektrowni atomowej w Fukushimie. Wielu zadawało wówczas pytanie - jak to możliwe aby elektrownia jądrowa nie była zabezpieczona na wypadek takiego scenariusza? Dlaczego wówczas badania geologów nie zostały odpowiednio wykorzystane? Przecież do tych wszystkich wydarzeń można było znacznie lepiej się przygotować – zastanawia się prof. Szczuciński.

- Magnituda trzęsienia ziemi w 2011 znacznie przekraczała rozmiar wszystkich dotychczasowych trzęsień ziemi w Japonii. Z opisów historycznych znane jest jednak trzęsienie ziemi i tsunami, które  miały miejsce w tym regionie w 869 roku. Japońscy geologowie kilka lat przed katastrofą z 2011 roku, odkryli warstwę piasków, które po sobie pozostawiło tamto historyczne tsunami. Jego zasięg był naprawdę imponujący. Woda dotarła wówczas przynajmniej  2,5 km w głąb lądu. Na tej podstawie oszacowali magnitudę trzęsienia ziemi na około 8,4. W 2011 roku jednak trzęsienie ziemi było wielokrotnie większe, około 9 stopni (skala magnitudy trzęsień ziemi to skala logarytmiczna). Kiedy w ramach powołanego przez UNESCO zespołu International Tsunami Survey Team przybyłem w ten region krótko po katastrofie w 2011 roku – mówi, odkryliśmy, że piaszczyste osady pokryły nadbrzeżną równinę właśnie na około 2,5 km w głąb lądu, pomimo że fala tsunami zalała pas o szerokości ponad 5 km. To wzbudziło nasze zdziwienie, skąd taka różnica? Powód wykazały badania osadu. Do około 2,5 km ląd pokryły piaski, które woda zabrała z plaży, a którego po prostu nie wystarczyło na pokrycie całego zalanego obszaru, dlatego na dalszym odcinku pozostał osad, który wyglądał bardzo podobnie jak gleba a pochodził z jej rozmywania, stąd jest znacznie trudniejszy do rozpoznania w przypadku starych - kopalnych osadów tsunami. Prawdopodobnie zatem również tsunami z 869 roku miało podobny zasięg jak to z 2011. Dalsze szczegółowe badania pozwoliły ustalić, że podobne co do wielkości katastrofy zdarzają się w tym regionie mniej więcej co 1000 lat. Szkoda, że tej wiedzy nie mieliśmy kilka, kilkanaście lat wcześniej...

Te badania i odkrycia nie byłby możliwe, gdyby nie wcześniejsze doświadczenia wyniesione z badań w Tajlandii. Profesor Szczuciński badał tam osady, które pozostawiło po sobie tsunami z 2004 roku. Interesowało go między innymi na ile jest on odporny na działanie czynników zewnętrznych, już po jego złożeniu. Czy nie zostanie rozmyty przez deszcze i czy jego cechy, które pozwalają na odróżnienie go od innych osadów są trwałe.

- Okazało się, że składniki osadów, które uważamy za ważne dla rozszyfrowania "języka" osadów, na przykład mikroskamieniałości, czyli szczątki drobnych organizmów morskich takich jak: otwornice i okrzemki, bardzo szybko ulegają degradacji. Sprzyja temu kwaśne środowisko przybrzeżnych obniżeń - torfowisk i mokradeł. To znacznie utrudnia rozpoznanie osadów tsunami i wykorzystanie ich dla oceny wielkości fali.

- Ten wątek zacząłem badać z prof. Janem Pawłowskim z Uniwersytetu w Genewie. Interesowało nas czy z osadów pozostawionych przez tsunami i poddanych działaniu zmiennych warunków środowiskowych uda się innymi metodami uzyskać informacje pozwalające na ich identyfikację. Z pomocą przyszły nam badania genetyczne DNA. Okazało się, że nawet jeśli te drobne szkieleciki morskich organizmów ulegną rozpuszczeniu, to w osadzie nadal pozostają fragmenty ich DNA, które świadczą o pochodzeniu osadu.

Zapis geologiczny katastrof naturalnych prześledzić można też w osadach na dnie morskim. Często zdarza się, że na lądzie historia zapisu dawnych tsunami, w związku ze zmianami poziomu mórz i oceanów, nie pozwala naukowcom stwierdzić na przykład czy wyjątkowo silne trzęsienia ziemi występowały cyklicznie. Około 20 000 lat temu poziom wód w oceanach był o ponad 120 metrów niższy a woda, która dziś je wypełnia tworzyła potężne lądolody pokrywające znaczne obszary Europy i Ameryki Północnej. Jeśli chcemy badać ciągły zapis historii Ziemi to z pomocą przychodzi dno oceaniczne, gdzie księga historii naszej planety ma o wiele mniej brakujących kartek niż na wybrzeżach.

- Uczestniczyłem m.in. w odwiertach w rejonie Rowu Japońskiego. Ze statku prowadziliśmy badania dna na głębokości ponad 8000 metrów. Niesamowitą radość daje pobranie każdej kolejnej próbki z dna oceanu i świadomość, że widzi się ten skrawek naszej planety jako pierwszy człowiek – mówi Profesor. Często nie mamy świadomości, że oceany to ponad 70 % powierzchni Ziemi. Tymczasem na ich dnie jest jeszcze mnóstwo białych plam. Nawet pod względem rozpoznania ukształtowania dna daleko lepiej znamy rzeźbę Marsa niż dna oceanu. A tymczasem badania tych ostatnich okazują się być znakomitymi archiwami wiedzy o zmianach klimatu i dawnych katastrofach, tam poszukuje się nowych surowców mineralnych, czy wreszcie w nich upatruje się szansy na składowanie nadwyżkowego węgla atmosferycznego – mówi prof. Szczuciński.

Profesor na swoim koncie ma kilkanaście wypraw naukowych poświęconych badaniom głębin oceanicznych i morskich. Choć większą część swojej kariery naukowej prof. Szczuciński poświęcił badaniom dna oceanicznego to, jak twierdzi, szczególnym sentymentem darzy góry, szczególnie polskie Tatry. Tam, jak również nad Bałtykiem także prowadził szereg projektów naukowych. Na swoim naukowym koncie ma też badania na podpoznańskim Morasku.

- Sporo wiemy już o meteorycie Morasko. Mało uwagi poświęcało się jednak temu, co się stało w wyniku jego upadku – mówi prof. Szczuciński. Jeżeli byśmy wzięli pod uwagę zasięg zniszczeń, jakie miały miejsce po podobnej katastrofie, która wydarzyła się w 1908 roku w rejonie Tunguskim, to skutków tego impaktu szukać musielibyśmy w promieniu nawet 20-40 km od Poznania. Tak rozległe zniszczenia tajgi spowodowało bowiem tamto zdarzenie. Czy upadek meteorytu na Marosku sprzed 5000 lat pozostawił po sobie podobne ślady?

W ramach interdyscyplinarnego projektu zespół badawczy pod kierunkiem prof. Szczucińskiego przeprowadził między innymi badania kraterów na Morasku oraz modelowanie numeryczne symulujące mechanizm ich powstawania. Uzyskano również rdzenie osadów z pobliskiego Jeziora Strzeszyńskiego i Kierskiego, które pozwoliły odtworzyć zmiany klimatyczne i środowiskowe mające miejsce w przeciągu ostatnich kilku tysięcy lat. Wyniki tych badań wykazały, że skutki uderzenia (impaktu) meteorytu Morasko, poza powstałymi kraterami, były stosunkowo niewielkie, a przynajmniej nie zapisały się one w osadach – mówi profesor.

Nauka Wydział Nauk Geograficznych i Geologicznych