Wytyczne techniczne monitoringu pola magnetycznego Ziemi

W odniesieniu do badań ziemskiego pola magnetycznego najwyższe wymagania techniczne przy posadowieniu i stabilizacji stanowisk pomiarowych dotyczą stanowisk pomiarowych/ punktów obserwacyjnych zlokalizowanych w obserwatoriach geofizycznych, na których są wykonywane pomiary absolutne oraz są prowadzone ciągłe obserwacje i rejestracje czasowych wariacji elementów ziemskiego pola magnetycznego.

Na drugim miejscu pod względem wymagań co do wyboru miejsca lokalizacji stanowiska pomiarowego znajdują się punkty (tzw. punkty wiekowe) tworzące fundamentalną osnowę magnetyczną (osnowa 1. klasy), na których periodycznie są wykonywane pomiary absolutne elementów pola magnetycznego Ziemi. Obecnie w Polsce działają dwa obserwatoria należące do Instytutu Geofizyki PAN, w których jest prowadzony ciągły monitoring ziemskiego pola magnetycznego. Pierwsze, Centralne Obserwatorium Geofizyczne, znajduje się w pobliżu miejscowości Belsk Duży, ok. 50 km na południe Warszawy, drugie zaś na Helu. Krajowa, fundamentalna osnowa magnetyczna jest dowiązana do europejskiego magnetycznego systemu odniesienia i jest utrzymywana oraz konserwowana przez krajową służbę geodezyjną.
Światowe standardy w dziedzinie wymagań technicznych, metodycznych i dokładnościowych dla punktów, na których prowadzi się obserwacje ziemskiego pola magnetycznego, są ustalane przez International Association of Geomagnetism and Aeronomy (IAGA). IAGA jest pozarządowym związkiem promującym badania naukowe magnetyzmu ziemskiego i planetarnego oraz fizyki przestrzeni kosmicznej. IAGA jest organizacją działającą w ramach Międzynarodowej Unii Geodezji i Geofizyki (IUGG). Standardy odnoszące się do badań magnetyzmu Ziemi są formułowane na spotkaniach roboczych, organizowanych w ramach IAGA co dwa lata. Standardy są wypracowywane na drodze wymiany doświadczeń i wyszukiwania najlepszych rozwiązań technicznych i metodycznych, gwarantujących najwyższą dokładność pomiarów oraz porównywalność wyników otrzymanych w obserwatoriach, które stosują się do rekomendowanych standardów.


Poza spotkaniami roboczymi organizowanymi w ramach IAGA platformę do wypracowywania, wdrażania i utrzymywania standardów stanowi także międzynarodowy program INTERMAGNET, który zainicjowany w 1987 roku pod patronatem IUGG oraz IAGA. W ramach programu INTERMAGNET działa globalna sieć obserwatoriów magnetycznych, których zadaniem jest zapewnienie ciągłego monitoringu zachowania się pola magnetycznego Ziemi.


INTERMAGNET jest jednocześnie nazwą sieci obserwatoriów/ punktów obserwacji ziemskiego pola magnetycznego prowadzonych w obserwatoriach geofizycznych działających w ramach narodowych służb geologicznych, instytucji naukowo-badawczych zajmujących się badaniami Ziemi, a także innych organizacji (nawet firm prywatnych) prowadzących badania geomagnetyzmu lub wykorzystujących wyniki monitoringu pola magnetycznego Ziemi do celów użytkowych. Podstawowym warunkiem uczestnictwa w organizacji INTERMAGNET jest posiadanie obserwatorium geomagnetycznego z wyposażeniem instrumentalnym spełniającym restrykcyjne kryteria techniczne ustalone przez organizację oraz mającym zdolność ciągłej, nieprzerwanej i długoterminowej/ wieloletniej rejestracji zmian/ wariacji składowych/ elementów ziemskiego pola magnetycznego, a także możliwość regularnego, okresowego wykonywania pomiarów absolutnych. Polskie obserwatoria magnetyczne w Belsku i na Helu funkcjonują również w sieci i programie INTERMAGNET.


Między wieloma celami i zadaniami jakie przyświecają programowi INTERMAGNET do najważniejszych można zaliczyć:

  • dążenie do ciągłego rozszerzania liczby obserwatoriów magnetycznych działających w ramach globalnej sieci obserwacyjnej (IMO – International Magnetic Observatory);
  • zapewnienie i utrzymanie organizacji wymiany i udostępniania danych z obserwacji magnetycznych z opóźnieniem nie dłuższym niż 72 godziny od momentu ich zarejestrowania;
  • utrzymanie punktów globalnych wymiany danych obserwacyjnych (GINs – Global Information Nodes);
  • wyznaczanie standardów jakościowych i dbałość o utrzymanie jakości danych magnetycznych z obserwatoriów tworzących sieć globalną.

W Polsce aktualne wymagania techniczne dla punktów fundamentalnej i podstawowej osnowy magnetycznej, na których okresowo są wykonywane pomiary i obserwacje magnetyczne, sformalizowano w Rozporządzeniu Ministra Administracji i Cyfryzacji z dnia 14 lutego 2012 roku w sprawie osnów geodezyjnych, grawimetrycznych i magnetycznych, a także w wytycznych technicznych G-1.6 – Przeglądy i konserwacje punktów geodezyjnych, grawimetrycznych i magnetycznych opracowanych i wydanych przez Główny Urząd Geodezji i Kartografii w 1986 roku.


Mając na uwadze, że warunki techniczne i wymagania w odniesieniu do pomiarów i obserwacji magnetycznych wykonywanych w obserwatoriach geomagnetycznych zostały szczegółowo opisane w opracowaniu INTERMAGNET – Technical Reference Manual (http://www.intermagnet.org) oraz w przywołanych w tym opracowaniu publikacjach IAGA, a w odniesieniu do pomiarów na punktach fundamentalnych i podstawowych osnów magnetycznych we wspomnianym wyżej rozporządzeniu Ministra Administracji i Cyfryzacji, ograniczono się tu do ogólnego przeglądu wybranych warunków i wytycznych technicznych dla punktów, na których mają wykonywane być pomiary i obserwacje magnetyczne o najwyższych dokładnościach. Spośród wielu elementów jakie powinny być uwzględnione przy planowaniu ciągłych obserwacji pola magnetycznego i pomiarów absolutnych do podstawowych należą:

  • lokalizacja stanowisk,
  • zabudowa i stabilizacja punktów,
  • wybór instrumentów.

Poza wymienionymi istnieje wiele czynników, które wpływają na wartości obserwowane i wyniki pomiarów, a które muszą być wyeliminowane w wyniku stosowania – odpowiednich dla określonego instrumentu oraz towarzyszących urządzeń, instalacji, a także warunków w jakich są wykonywane pomiary – poprawek, metodyk pomiarowych oraz algorytmów przetwarzania danych.