Etap pilotażowy - zrealizowany
W latach 2012-2014 realizowane było, przedsięwzięcie pn. „Pilotażowy program kartografii 4D w strefie brzegowej południowego Bałtyku”, jako etap wstępny wieloletniego zadania. Jego celem było wypracowanie metodyki badań zmierzających do stworzenia modeli przestrzennych i modelu prognostycznego zmian wybrzeża, która docelowo miała służyć realizacji poszczególnych etapów całego przedsięwzięcia.
Pilotażowe prace obejmowały obszar w rejonie Jastrzębiej Góry o powierzchni 16 km2 (odcinek brzegu o długości 4 km), a ich efektem było opracowanie wyników w formie trzech głównych dokumentów:
- „Dokumentacja geologiczna – Pilotażowy program kartografii 4D w strefie brzegowej południowego Bałtyku”;
- „Koncepcja Programu Badań – Kartografia 4D w strefie brzegowej południowego Bałtyku”;
- Instrukcja prowadzenia prac kartograficznych i analitycznych do programu badań „Kartografia 4D w strefie brzegowej południowego Bałtyku”
Wnioski płynące z wstępnego etapu badań można zawrzeć w kilku punktach:
- Dla właściwej oceny geodynamicznych cech badanego odcinka brzegu, zwłaszcza klifowego, ważnym okazało się poznanie ukształtowanie powierzchni podczwartorzędowej, którą stanowi strop osadów neogenu i paleogenu. Podłoże czwartorzędu nawiercono na różnych głębokościach od około 30 do około 5 m p.p.m., a we wschodniej części klifu także kilka metrów powyżej poziomu morza. Szerokie rozprzestrzenienie osadów neogenu na dnie badanego akwenu, bezpośrednio pod piaskami morskimi, stanowi nowy, po raz pierwszy rozpoznany obraz budowy geologicznej obszaru. Urozmaicona powierzchnia strukturalna podłoża czwartorzędu, krawędzie strukturalne związane z wychodniami osadów neogenu na dnie morskim, zaburzenia glacitektoniczne i porwaki lodowcowe są świadectwem znacznie bardziej skomplikowanego rozwoju obszaru badań niż mogło to wynikać z dotychczasowych informacji.
- Kompleksowe badania geofizyczne i geologiczne dna morskiego umożliwiły szczegółowe rozpoznanie rodzaju osadów występujących na dnie morskim oraz konstrukcję przestrzennego modelu miąższości morskiej pokrywy osadowej. Grubość warstwy piaszczystej wynosi od kilku centymetrów do 3-4 m i tylko lokalnie przekracza 5 m. Minimalna miąższość pokrywy jest związana przeważnie z płytkim zaleganiem podłoża neogeńskiego i dotyczy znacznych obszarów dna. Na powierzchni dna występują głównie piaski gruboziarniste, podrzędnie średnioziarniste. Występowanie piasków drobnoziarnistych jest związane ze strefą rew. Miąższość tych piasków w wałach rewowych wynosi około 3 m.
- Tempo cofania się klifu jest zróżnicowane w różnych jego częściach. Największe zmiany notowane są w obrębie osuwiska zlokalizowanego w zachodniej części klifu. Spowodowane jest to przede wszystkim czynnikami odlądowymi determinowanymi budową geologiczną i hydrogeologią oraz jest powiązane z erozją morską.
- Znacznej erozji poddawany jest także mierzejowy odcinek wybrzeża. Linia brzegowa cofnęła się tam o ca. 130 m w przeciągu blisko 100 lat.
- W zakresie zagadnień hydrogeologicznych opracowano trójwymiarowy model warunków hydrogeologicznych nadmorskiego systemu wodonośnego pozwalający także na analizowanie zmian hydrodynamicznych w funkcji czasu. Specyfikę warunków hydrogeologicznych strefy nadmorskiej w obrębie poligonu badawczego określa rozbudowany system wodonośny obejmujący użytkowe poziomy wodonośne i płytkie wody gruntowe oraz bezpośrednie sąsiedztwo wód morskich. Dlatego rozpoznanie i identyfikacja parametrów systemu krążenia wód podziemnych oraz przyjęcie założeń do matematycznego modelu procesów hydrogeologicznych wymagało kompleksowej analizy warunków hydrogeologicznych, geomorfologicznych i hydrologicznych, występujących na obszarze badań.
- Wykonane badania ukazują, że wzrost poziomu morza nie jest jedynym czynnikiem wpływający na wzrost erozji wybrzeża. Różne typy wybrzeża mają różną odporność a co więcej, w obrębie jednego typu wybrzeża (eg. Klif w Jastrzębiej Górze) tempo erozji może być zmienne przestrzennie i czasowo. Taka sytuacja w dobry sposób pokazuje, że erozja wybrzeża powodowana jest nie tylko przez czynniki odmorskie, ale również (a może przede wszystkim) przez odlądowe determinowane skomplikowaną geometrią i wykształceniem osadów budujących newralgiczny obszar jakim jest kontakt ląd – morze.
Etap 1 - zrealizowany
W latach 2015 – 2019 zrealizowano pierwszy zasadniczy odcinek pracy. Prace w etapie I obejmowały obszar pomiędzy miejscowościami Władysławowo i Lubiatowo i zajmuje powierzchnię ok. 140 km2. Długość linii brzegowej w obrębie obszaru wynosi 33 km, w tym około 5 km przypada na brzeg klifowy a 28 km na brzeg wydmowy. Obszar badań wyznacza kilometraż linii brzegowej i zawiera się pomiędzy 127 km UM a 165 km UM z wyłączeniem obszaru zbadanego w zadaniu państwowej służby geologicznej „Pilotażowy program kartografii 4D w strefie brzegowej południowego Bałtyku”. W przybliżeniu połowa obszaru położona jest na lądzie a część w obrębie akwenu Bałtyku. Część lądowa obszaru badań sięga 2 km w głąb lądu natomiast część morska 2 km w głąb morza.
Prace prowadzone w ramach realizacji programu „Kartografia 4D w strefie brzegowej południowego Bałtyku – etap I” pozwoliły na sformułowanie kilku wniosków zasadniczej wagi:
- W wyniku prac kartograficznych uszczegółowiono obraz budowy geologicznej w stosunku do dotychczasowego rozpoznania przedstawionego na arkuszach SMGP, Mapy geologicznej dna Bałtyku oraz arkuszach Mapy geodynamicznej polskiej strefy brzegowej Bałtyku. Uzyskany aktualny obraz budowy geologicznej brzegu morskiego, unaocznił duże zróżnicowanie geomorfologiczne i litogenetyczne osadów, obecność zaburzeń glacitektonicznych oraz złożone warunki hydrogeologiczne. Zróżnicowanie to ma kluczowy wpływ na podatność brzegu morskiego na działalność morza, która oddziałuje na wszystkie badane typy wybrzeża.
- Dla właściwej oceny geodynamicznych cech badanego odcinka brzegu, zwłaszcza klifowego, ważnym okazało się poznanie ukształtowanie powierzchni podczwartorzędowej, którą stanowi strop osadów neogenu i paleogenu. Podłoże czwartorzędu stwierdzono na różnych głębokościach od około 30 do około 5 m p.p.m., a w obrębie klifu także kilkanaście metrów powyżej poziomu morza. Szerokie rozprzestrzenienie osadów neogenu na dnie badanego akwenu, bezpośrednio w dnie lub pod piaskami morskimi, stanowi potwierdzenie obrazu budowy geologicznej obszaru ukazanego wstępnie w pilotażowym etapie prac w latach 2012-2014. Urozmaicona powierzchnia strukturalna podłoża czwartorzędu, krawędzie strukturalne związane z wychodniami osadów neogenu na dnie morskim, zaburzenia glacitektoniczne są świadectwem znacznie bardziej skomplikowanego rozwoju obszaru badań niż mogło to wynikać z dotychczasowych informacji.
- Kompleksowe badania geofizyczne i geologiczne dna morskiego umożliwiły szczegółowe rozpoznanie rodzaju osadów występujących na dnie morskim oraz konstrukcję przestrzennego modelu miąższości morskiej pokrywy osadowej. Grubość warstwy piaszczystej wynosi od kilku centymetrów do 10 m. Minimalna miąższość pokrywy jest związana przeważnie z płytkim zaleganiem podłoża neogeńskiego i plejstoceńskiego oraz dotyczy znacznych obszarów dna.
- Znacznym przemianom poddawany jest mierzejowy odcinek wybrzeża. Zachodzące tam zmiany (od erozji do akumulacji) mają charakter oscylacyjny a zmiana trendu zachodzi w przeciągu dziesięcioleci.
- Wykonano unikalne odwzorowanie stropu pokrywy osadowej na powierzchni 140 km2. W wyniku zestawienia danych teledetekcyjnych z wielu źródeł, powstały mapy i modele terenu, które umożliwiły bardzo dokładne zobrazowanie morfologii całego obszaru. Analiza powyższych danych umożliwiła określenie cech charakterystycznych dla rozpoznanych form rzeźby terenu i definicję ich genezy.
- W zakresie zagadnień hydrogeologicznych opracowano model warunków hydrogeologicznych nadmorskiego systemu wodonośnego. Specyfikę warunków hydrogeologicznych strefy nadmorskiej określa rozbudowany system wodonośny obejmujący użytkowe poziomy wodonośne i płytkie wody gruntowe oraz bezpośrednie sąsiedztwo wód morskich.
- Wykonane badania ukazują, że oddziaływanie morza nie jest jedynym czynnikiem wpływający na wzrost erozji wybrzeża. Różne typy wybrzeża mają różną odporność a co więcej, w obrębie jednego typu wybrzeża (np. Klif w Jastrzębiej Górze oraz Chłapowie) tempo erozji może być zmienne przestrzennie i czasowo. Taka sytuacja w dobry sposób pokazuje, że erozja wybrzeża powodowana jest nie tylko przez czynniki odmorskie, ale również (a może przede wszystkim) przez odlądowe determinowane skomplikowaną geometrią i wykształceniem osadów budujących newralgiczny obszar jakim jest kontakt ląd – morze.
- Przeprowadzone prace i pozyskane dane umożliwiły po raz pierwszy dla omawianej części wybrzeża sporządzenie zestawu modeli strukturalnych, analitycznych i prognostycznych. W szczególności: modelu warunków hydrodynamicznych (model) ruchu osadu w podbrzeżu); zespołu modeli strukturalnych głównych typów polskiego wybrzeża Bałtyku; analitycznego modelu warunków hydrostrukturalnych oraz modelu warunków hydrostrukturalnych i procesów hydrogeologicznych.
- Dla omawianego obszaru można wyróżnić szereg zagrożeń geologicznych takich jak erozja morska, ruchy masowe, przerwania i rozmycie wydm w czasie wezbrań sztormowych, zagrożenia hydrogeologiczne, erozja dna i deficyt piasku.
- W nawiązaniu do standardów wypracowanych przez państwową służbę geologiczną, niemal wszystkie pozyskane dane geologiczne są geoprzetwarzalne, co oznacza, że mogą stanowić materiał wyjściowy do kolejnej obróbki. Generowane w ten sposób informacje będą wykorzystywane w celu monitorowania i aktualizowania potencjalnych zmian wybrzeża morskiego.
Etap 2 - zrealizowany
W latach 2019 – 2022 zrealizowano drugi zasadniczy odcinek pracy. Obszar badań zlokalizowany był pomiędzy Ustką (ujście rzeki Słupi) – Jarosławcem – Darłowem - rejonem miejscowości Dąbki (Kanał Szczuczy) i zajmował powierzchnię ok. 195 km2. Obszar badań zawierał się pomiędzy 233,6 a 282,4 km wybrzeża (wg. oznaczeń Urzędu Morskiego) co daje odcinek wybrzeża o długości 48,8 km. W przybliżeniu połowa obszaru położona była na lądzie a połowa w obrębie akwenu Bałtyku. Część lądowa obszaru badań sięga 2 km w głąb lądu, natomiast część morska 2 km w głąb morza.
Efekty prac prowadzonych w ramach realizacji zadania „Kartografia 4D w strefie brzegowej południowego Bałtyku – etap II” można przedstawić w kilku ogólnych punktach:
- W wyniku prac kartograficznych uszczegółowiono obraz budowy geologicznej w stosunku do dotychczasowego rozpoznania przedstawionego na arkuszach Ustka, Naćmierz, Darłowo Szczegółowej mapy geologicznej Polski w skali 1:50 000 (Uniejowska, Nosek, 1982 – zaktualizowane przez Uscinowicz i in. 2020; Uniejowska, Nosek, 1982 – zaktualizowane przez Sydor, Żuk, 2020; Filonowicz, 1984 – zaktualizowane przez Sydor i in. 2021.), arkuszu Koszalin Mapy geologicznej dna Bałtyku w skali 1:200 000 (Michałowska, Pikies, 1986) oraz arkuszach Łazy, Dąbki, Darłówko, Wicie, Jarosławiec, Wicko Modlinek i Ustka Mapy geodynamicznej polskiej strefy brzegowej Bałtyku w skali 1:10 000 (Zachowicz i in., 2007). Uzyskany aktualny obraz budowy geologicznej brzegu morskiego, unaocznił duże zróżnicowanie geomorfologiczne i litogenetyczne osadów, obecność zaburzeń glacitektonicznych oraz złożone warunki hydrogeologiczne. Zróżnicowanie to ma kluczowy wpływ na podatność brzegu morskiego na działalność morza, która oddziałuje na wszystkie badane typy wybrzeża.
- Wykonane szczegółowe badania geofizyczne i geologiczne dna morskiego umożliwiły dokładne (nie znajdujące dotychczas analogi) rozpoznanie rodzaju osadów występujących na dnie morskim oraz konstrukcję przestrzennego modelu miąższości morskiej pokrywy osadowej. Grubość warstwy piaszczystej wynosi od kilku centymetrów do 9 m. Minimalna miąższość pokrywy jest związana przeważnie z płytkim zaleganiem podłoża plejstoceńskiego oraz dotyczy znacznych obszarów dna. Na powierzchni dna występują głównie piaski różnej granulacji.
- Lądowa część obszaru badań znajduje się na obszarze bloku Darłowa i wyniesienia Łeby. Bezpośrednie podłoże osadów czwartorzędowych cechuje się deniwelacjami dochodzącymi do 110 m. Najniżej położone obszary występują na rzędnej 130 m p.p.m., zaś najwyżej położone na 20 m p.p.m. W podłożu czwartorzędu występują margle kredy górnej (kampan), iły i piaski eocenu górnego, iły i piaski ilaste oligocenu dolnego oraz piaski, pyły burowęglowe i węgiel brunatny miocenu. Lądową część obszaru badań pokrywają całkowicie osady czwartorzędowe (plejstocenu i holocenu), których maksymalna miąższość dochodzi do 130 m. Są one wykształcone w postaci osadów lodowcowych (trzy poziomy glin zwałowych oraz piaski i żwiry), wodnolodowcowych (piaski i żwiry), rzecznych (piaski), jeziornych (gytie, mułki, piaski), eolicznych (piaski) i bagiennych (torfy).
- Strefa zajmowana przez klify w obrębie obszaru badań rozciąga się na odcinku ok. 2 km w rejonie Jarosławca oraz w 3 niewielkich, izolowanych odcinkach w rejonie miejscowości Wicie. Klif w Jarosławcu charakteryzował się występowaniem aktywnych osuwisk, zagrażających tkance miejskiej. W czasie prowadzenia badań, osuwiska i klif były zabezpieczone systemami umocnień w obrębie ściany oraz jego przedpola. Niemniej jednak mając na uwadze złożoną budowę geologiczną wysoczyzny Jarosławca oraz warunki hydrogeologiczne nie można wykluczyć odnowienia się ruchów masowych w przyszłości. Klify w rejonie Wicia nie niosą zagrożenia osuwiskowego.
- Mierzejowy odcinek wybrzeża również poddawany jest istotnym zmianom. Zachodzące tam procesy (od erozji do akumulacji) mają charakter oscylacyjny, a zmiana trendu zachodzi w przeciągu dziesięcioleci.
- Wykonano unikalne odwzorowanie stropu pokrywy osadowej na powierzchni 195 km2. W wyniku zestawienia danych teledetekcyjnych z wielu źródeł, powstały mapy i modele terenu, które umożliwiły bardzo dokładne zobrazowanie morfologii całego obszaru. Analiza powyższych danych umożliwiła określenie cech charakterystycznych dla rozpoznanych form rzeźby terenu i definicję ich genezy. Dotyczy to zarówno morfogenezy części morskiej jak i lądowej obszaru badań.
- W zakresie zagadnień hydrogeologicznych opracowano model warunków hydrogeologicznych nadmorskiego systemu wodonośnego. Rozpoznanie i identyfikacja parametrów systemu krążenia wód podziemnych oraz przyjęcie założeń do matematycznego modelu procesów hydrogeologicznych wymagało kompleksowej analizy warunków hydrogeologicznych, geomorfologicznych i hydrologicznych, występujących na obszarze badań.
- W obrębie terenu badań panują niejednorodne warunki występowania wód podziemnych, zależne od budowy geologicznej opracowywanego obszaru, jego morfologii, a także dynamiki wód podziemnych oraz pozycji strefy nadmorskiej w regionalnym układzie krążenia wód podziemnych. Specyfikę warunków hydrogeologicznych strefy nadmorskiej w obrębie obszaru badań określa rozbudowany system wodonośny obejmujący użytkowe poziomy wodonośne i płytkie wody gruntowe oraz bezpośrednie sąsiedztwo wód morskich.
- Pierwszy poziom wodonośny związany jest z osadami czwartorzędu i najczęściej jest to poziom przypowierzchniowy (gruntowy). Pod względem litologii osadów oraz form geomorfologicznych, środowiskiem występowania wód pierwszego poziomu wodonośnego są głównie piaski różnoziarniste i drobnoziarniste mierzei oraz równin nadmorskich. Wody pierwszego poziomu wodonośnego charakteryzują się wyraźnym zróżnicowaniem składu chemicznego, zależnym od wielu czynników i procesów, do których można zaliczyć między innymi: warunki zasilania poziomów wodonośnych, skład mineralny ośrodka skalnego, czas przebywania wody w systemie, odległość od morza, a także oddziaływanie antropopresji.
- Przeprowadzone prace i pozyskane dane umożliwiły po raz pierwszy dla omawianej części wybrzeża sporządzenie zestawu modeli strukturalnych, analitycznych i prognostycznych, w szczególności modelu warunków hydrodynamicznych wybranych obszarów wraz z modułem ruchu osadu w podbrzeżu; zespołu modeli strukturalnych głównych typów polskiego wybrzeża Bałtyku; analitycznego modelu warunków hydrostrukturalnych oraz modelu warunków hydrostrukturalnych i procesów hydrogeologicznych.
- Dla przebadanego obszaru można wyróżnić kilka typów geozagrożeń:
- deficytowe ilości piasku na dnie morskim, tj. erozja podbrzeża, która pośrednio determinuje erozję brzegu morskiego;
- potencjalne podtopienia nisko położonych obszarów pochodzące od wlewów wód morskich;
- potencjalne podtopienia pochodzące od wód gruntowych;
- odnowienie procesów osuwiskowych w obrębie klifu Jarosławca.
Wskazane procesy kształtujące strefę brzegową morza są generowane przez wiele powiązanych ze sobą czynników, takich jak: budowa geologiczna i geomorfologia, warunki hydrogeologiczne, hydrologiczno-hydrodynamiczne, antropogeniczne, czy wreszcie zjawiska klimatyczne. Dynamika zmian ma charakter ciągły, jednakże zachodzący z różną intensywnością.
- W nawiązaniu do standardów wypracowanych przez państwową służbę geologiczną, niemal wszystkie pozyskane dane geologiczne są geoprzetwarzalne, co oznacza, że mogą stanowić materiał wyjściowy do kolejnej obróbki. Generowane w ten sposób informacje będą wykorzystywane w celu monitorowania i aktualizowania potencjalnych zmian wybrzeża morskiego.
Etap 3 - w realizacji
Planowany czas realizacji tego etapu wynosi 4 lata (2023-2026) i przewiduje się przeprowadzenie badań na odcinku wybrzeża od Lubiatowa do Ustki (długość odcinka wybrzeża ~ 68,6 km)
z czego ok. 10,6 km przypadają na brzeg klifowy a 58 km na brzeg mierzejowy. Powierzchnia tego obszaru wynosi ok. 274 km2. Obszar badań można opisać także kilometrażem linii brzegowej tzn. zawiera się pomiędzy 165,0 km UM a 233,6 km UM. Analogicznie do poprzednich realizacji połowa terenu badań przypada na akwen morza Bałtyckiego a połowa to część lądowa.