Zamrożony czas

Czy w projektowanym otworze badawczym Udryń PIG-1 na Suwalszczyźnie znajdziemy prawdziwą wieczną zmarzlinę sprzed 13 tysięcy lat? Takie pytanie zadawaliśmy sobie pięć lat temu. Dzisiaj już znamy odpowiedź!

 

Sensacyjne odkrycie geologów z Państwowego Instytutu Geologicznego: Znaleźliśmy w Polsce prawdziwą wieczną zmarzlinę, zachowaną w głębi ziemi od czasów ostatniego zlodowacenia!

 

24 lipca 2010 roku na Suwalszczyźnie zakończono wiercenie nowego otworu badawczego Państwowego Instytutu Geologicznego Udryń PIG-1, o głębokości 450 metrów.

3 sierpnia 2010 roku specjaliści z przedsiębiorstwa "Geofizyka Kraków" wykonali w nim pomiary geofizyczne, w tym pomiar temperatury. Na głębokości 356 metrów odczytano niezwykłą wartość: 0,07 oC.

Według opinii badaczy z Państwowego Instytutu Geologicznego to strop wiecznej zmarzliny sprzed 13 tysięcy lat, przetrwałej głęboko pod ziemią aż do naszych czasów, dzięki specyficznej budowie geologicznej tego regionu. 

6 sierpnia 2010 roku na konferencji prasowej przekazano dziennikarzom pierwszą informację o sensacyjnych wynikach badań geofizycznych w otworze Udryń PIG-1.


Dla prasy: informacja, zdjęcia i film do pobrania...
Relacja z konferencji prasowej
TVP Info - dyr. Jerzy Nawrocki o zmianach klimatu i roli odkrycia wiecznej zmarzliny



ZAMROŻONY CZAS

Jan Szewczyk, 6 kwietnia 2005

 

Nie tylko badanie rdzeni lodowych z Antarktydy czy Grenlandii może być źródłem cennych informacji na temat klimatu, jaki panował na Ziemi przed setkami tysięcy lat. Całkiem niedawno okazało się, że unikalna w skali naszego kontynentu anomalia geotermiczno-hydrogeochemiczna, jaka występuje w północnowschodniej części Polski, w rejonie tzw. suwalskiego masywu anortozytowego, może w istotny sposób poszerzyć naszą wiedzę o paleoklimacie. Wyniki tych badań pomogą również w poznaniu czynników wpływających na współczesny reżim termiczny Ziemi.

 

Zmiany klimatu i związane z nimi zmiany temperatur powierzchni Ziemi pozostawiają ślady w postaci zmian temperatury litosfery - i to zarówno w obrębie warstw przypowierzchniowych, jak i w zalegających na głębokości nawet kilku kilometrów skał osadowych i krystalicznych.
Jak to możliwe?
Powodem jest niezwykle mała szybkość przemieszczania się energii termicznej w skałach. Dzięki temu na głębokości od kilkuset do kilku tysięcy metrów zachowały się informacje o zmianach klimatycznych, jakie zachodziły na Ziemi w odległej przeszłości. Okres ostatniego zlodowacenia, który zakończył się przed około 14 000 lat, wpływa do dzisiaj na reżim termiczny zewnętrznych warstw skorupy ziemskiej.


Suwalska anomalia

W połowie lat 70. w północnowschodniej części Polski, w wielu głębokich otworach wiertniczych, wykonanych w skałach podłoża krystalicznego w celu rozpoznania rud polimetali (żelaza-wanadu-tytanu), zauważono wyraźną inwersję temperatury.
Temperatury mierzone w otworach zamiast, jak zwykle, rosnąć wraz głębokością... spadały. Minimum wartości temperatury obserwowano w piaszczystych utworach kredy dolnej, których część stropowa występuje tutaj na głębokości 380 do 440 metrów.

 

Image
 

powiększenie>>> 

Głębokościowa inwersja temperatury w profilach otworów wiertniczych na obszarze masywu suwalskiego

 

Wysunięto wówczas hipotezę, że zjawisko mogło być związane z ostatnim zlodowaceniem. Uznano, że przyczyną inwersji temperatury była głęboka infiltracja wychłodzonych wód poglacjalnych, pochodzących z topniejącego lądolodu (Majorowicz,1976, 1982). Rozważania związane z analizą typów wód poziemnych w utworach mezozoiku pozwoliły na wysunięcie nowatorskiej, jak na ówczesne czasy, hipotezy o istnieniu w tym rejonie bardzo głębokiej wieloletniej zmarzliny (Michalski, 1985). Uznano, że obserwowane typy wód wgłębnych są efektem przemian kriogenicznch. Oceniano, że wieloletnia zmarzlina sięgała do głębokości  600 metrów.

 

Całkiem niedawno na podstawie analiz zmienności strumienia cieplnego stwierdzono, że w profilach głębokich otworów wiertniczych, praktycznie na obszarze całej Polski, widoczne są zaburzenia termiczne związane ze zmianami klimatycznymi w plejstocenie i holocenie.

 

Powtórne badania w rejonie suwalskiej anomalii geotermiczno-hydrochemicznej, prowadzone wspólnie z Instytutem Geofizyki Czeskiej Akademii Nauk z Pragi, doprowadziły do potwierdzenia związków anomalii z głęboką wieloletnią zmarzliną, jaka istniała tu w przeszłości. Jak dotychczas jest to jedyne miejsce w Europie Centralnej, w którym stwierdzono bezpośrednio istnienie śladów tak głębokiej wieloletniej zmarzliny. Jest to jednocześnie dowód na istnienie bardzo niskich średnich rocznych temperatur powietrza na tym obszarze Europy w przeważającym okresie późnego plejstocenu.

 


Ocieplenie – ale jakie?

Mimo nagromadzenia na świecie bardzo dużej liczby informacji na temat warunków klimatycznych ostatniego zlodowacenia, ilościowa wartość średnich temperatur dla tego okresu pozostaje dotychczas zagadnieniem bardzo kontrowersyjnym. Stosowane w badaniach takie metody, jak analiza pyłkowa, badanie stosunku ilości izotopów 18O oraz 16O czy izotopów wodoru (D/H), przyrostu słojów drzew czy badania osadów głębokowodnych są metodami pośredniego określania paleotemperatury - wymagają kalibracji w jednostkach skali temperatury. Dokładność tych metod dramatycznie spada dla okresów stadialnych (zimnych) - dominujących w rozważanym okresie klimatycznym.

 

Image

powiększenie>>>
Względne zmiany temperatury w okresie ostatnich 160 tysięcy lat, określone na podstawie badań rdzeni lodowych na stacji Wostok na Antarktydzie (Petit i in., 1999). Pokazane zostały również prawdopodobne okresy obecności lądolodu na obszarze północnej Polski w czasie zlodowacenia wisły
(Behre, 1989 - Biostratigraphy in the last glacial period in Europe. Quatern. Sc. Res. 8)

 

Modelowania geotermiczne przeprowadzone na podstawie najnowszych danych z rejonu anomalii suwalskiej wykazały, że gwałtowny wzrost temperatur w okresie ustępowania zlodowacenia wyniósł na obszarze północnowschodniej Polski ponad 18 oCelsjusza! (Šafanda, Szewczyk, Majorowicz, 2004, Geophysical Research Letters, no.31).
To w sposób istotny zmienia dotychczasowe poglądy – uważano bowiem do niedawna, że wartość średniego wzrostu temperatury nie przekraczała 8 oCelsjusza.

 

Należy podkreślić, że w odróżnieniu od obszarów biegunowych, w których zmianom klimatycznym w okresie zlodowacenia wisły towarzyszył znaczny przyrost miąższości lądolodu (np. w centralnej części Antarktydy ponad 1500 metrów - Petit i in., Nature 1999, vol. 399) zmianom klimatycznym w ciągu tego samego okresu na obszarze masywu suwalskiego nie towarzyszyła istotna zmiana miąższości utworów - sumaryczna miąższość osadów okresu zlodowacenia wisły na Suwalszczyźnie to tylko 6-10 metrów. Redukcja miąższości osadów ułatwia znacznie kalkulację paleotemperatur; modelowanie staje się zatem bardziej wiarygodne.

 


Wyjątkowe warunki

Wykonane w latach 2003-2004 precyzyjne pomiary temperatury w istniejących na tym obszarze otworach hydrogeologicznych potwierdziły jednoznacznie zarówno istnienie zjawiska inwersji temperatury, jak i trend powiększania jej wielkości w kierunku centrum masywu.

 

Analiza czynników mogących wpłynąć na powstanie, a następnie przetrwanie tak głębokiej zmarzliny na Suwalszczyźnie wskazuje, że przyczynę należy widzieć w równoczesnym i niezależnym wystąpieniu dwóch czynników, tj. niskiej wartości strumienia cieplnego oraz bardzo porowatych i zawodnionych utworów nadkładu osadowego.

 

Image

powiększenie>>>
Wstępny model zaniku wieloletniej zmarzliny w rejonie Udrynia, obliczony we współpracy z Instytutem Geofizyki Czeskiej Akademii Nauk

 

Niska wartość strumienia cieplnego, uwarunkowana bardzo niską radioaktywnością naturalną anortozytów masywu suwalskiego, stała się przyczyną występowania w okresie ostatniego zlodowacenia ujemnych temperatur do głębokości blisko 600 metrów. Nadkład osadowy pełnił tu rolę warstwy izolującej, której obecność wydłużyła proces powstania zmarzliny, ale równocześnie znacznie opóźniła proces jej degradacji, jaki został zapoczątkowany w chwili gwałtownego ocieplenia klimatu.

 


Korygowanie mapy

Duża zmiana temperatur powierzchniowych spowodowała znaczne zaburzenia reżimu termicznego warstw podpowierzchniowych, i to do głębokości sięgających blisko 2000 metrów.
Zaburzona została w sposób znaczący wielkość ziemskiego strumienia cieplnego. W dotychczas opracowanych mapach strumienia cieplnego, zarówno polskich jak i zagranicznych, nie uwzględniano tego czynnika – mapy są w poważnym stopniu zniekształcone.

 

Na najnowszej, opracowanej w roku 2004 w Państwowym Instytucie Geologicznym mapie strumienia cieplnego obszaru Niżu Polskiego, m.in. dzięki wynikom analiz danych geotermicznych z obszaru masywu suwalskiego, po raz pierwszy został uwzględniony wpływ czynnika paleoklimatycznego.

 


Projekt Szypliszki

W celu dokładnego zbadania profilu termicznego w strefie suwalskiej anomalii geotermiczno-hydrochemicznej, planuje się wykonanie otworu wiertniczego o głębokości 450 metrów. Optymalnym miejscem dla projektowanego otworu będą okolice miejscowości Szypliszki – tutaj bowiem znajduje się centralna część anomalii.

 

Otwór wiertniczy zostanie wykonany w ramach tematu badawczego Państwowego Instytutu Geologicznego „Zintegrowany program płytkich wieceń badawczych dla rozwiązania istotnych problemów geologicznych Polski”. Program kierowany jest przez doc. dr. hab. Jerzego Nawrockiego, a finansowany przez Narodowy Fundusz Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej.

 

Image

powiększenie>>>
Morfologia terenu północno-wschodniej Polski z zaznaczonym obszarem badań. Pokazana została lokalizacja projektowanego otworu Szypliszki PIG-1 na tle grawimetrycznej anomalii Bouguera (izolinie na rysunku) wyznaczającej zarys suwalskiego masywu anortozytowego

 

Podstawowym zadaniem będzie określenia zachowania pozostałości wieloletniej zmarzliny w centralnej części masywu suwalskiego. W szczególności zbadany zostanie profil temperatury w warunkach ustalonego reżimu termicznego, typ wód wgłębnych, ich skład chemiczny, stopień przeobrażeń, a także ich wiek, zachowanie struktur mrozowych w rdzeniach wiertniczych, parametry petrofizyczne, w tym termiczne skał. Wyniki tych badań będą stanowiły podstawę m.in. wykonania modelowań paleoklimatycznych pozwalających na odtworzenie warunków klimatycznych w późnym plejstocenie.

 

Przewiduje się, że odwiercony do głębokości 450 metrów otwór będzie obejmował w całości utwory kredy dolnej, w której spodziewane są najlepiej zachowane pozostałości wieloletniej zmarzliny. Skały podłoża krystalicznego w miejscu projektowanego otworu badawczego znajdują się na głębokości około 840 metrów poniżej powierzchni terenu, natomiast strop utworów kredy dolnej, będącej głównym celem badawczym, znajduje się na głębokości około 391 metrów.

 

Istnieją uzasadnione przesłanki, że ślady wieloletniej zmarzliny mogły zachować się tutaj w formie mniej zaburzonej ociepleniem holoceńskim, a nawet lokalnie, fragmentarycznie zmarzlina mogła przetrwać do czasów współczesnych.

 

Projektowany otwór wiertniczy będzie bezpośrednią weryfikacją hipotezy badawczej. Badania geofizyczne, litologiczne, hydrogeologiczne wyjaśnią stopień zaawansowania procesów zaniku wieloletniej zmarzliny, a także pozwolą na dokładniejsze określenie średniej efektywnej wielkości temperatury w okresie późnego plejstocenu. Wynik naukowy badań tego unikalnego obiektu będzie miał istotne znaczenia dla poznania warunków klimatycznych tego okresu nie tylko w Europie.

 


dr Jan Szewczyk
Państwowy Instytut Geologiczny - Zakład Hydrogeologii i Geologii Inżynierskiej