Oddelenie gravimetrie a geodynamiky

Slovenskí gravimetrici podnikli v júli tohto roku týždňovú pracovnú cestu na Sicíliu. Cieľom podujatia bolo vykonať terénne gravimetrické merania na sopke Etna. Za slovenskú stranu sa meračiek zúčastnili kolegovia Pavol Zahorec a Peter Vajda z UVZ SAV a Juraj Papčo z katedry geodetických základov (KGZ) Stavebnej fakulty STU v Bratislave. Podujatie bolo zorganizované v spolupráci a súčinnosti s kolegami z národného ústavu pre geofyziku a vulkanológiu (Instituto Nazionale di Geofisica e Vulkanologia, INGV) v Katánii, Danielem Carbone, Filippom Greco, a Massimom Cantarero. Účel našej meracej kampane popíšeme nižšie. Najprv zopár zaujímavých faktov o samotnej Etne.

  Na hrane kráteru Bocca Nuova vo vrcholových partiách Etny (cca 3200 m.n.m.)

 Stratovulkán Etna (Mongibello, Mungibeddu, krásna hora) je najväčšou aj najvyššou sopkou kontinentálnej Európy. Patrí medzi najaktívnejšie sopky našej planéty. Aj keď možno nepatrí medzi najnebezpečnejšie sopky, bezpochyby je najaktívnejšou sopkou nášho kontinentu. Jej aktivita je ohromujúca. Lávové fontány a paroxysmu dosahujú výšku niekoľko sto metrov, bežne aj 800 m, čo je pri výške vrcholových kráterov cez 3300 m.n.m. dych-vyrážajúce. Erupcie na Etne sú prevažne efuzívne, čo znamená tryskanie lávových fontán a tečenie lávových prúdov dole svahmi. Nie sú však vylúčené ani explozívne erupcie produkujúce smrtiace sopečné mračná. Aktivita vo vrcholových kráteroch môže trvať spojite roky až desaťročia. Strieda sa s erupciami na úbočiach Etny. Vrchol Etny tvoria 4 krátery. Voragine a Bocca Nuova vznikli v rokoch 1945 a 1968 (z nášho pohľadu kuriózne v symbolicky významných rokoch). Dnes tvoria viacmenej jeden spojený kráter, centrálny kráter. Severovýchodný (SV) kráter vznikol v roku 1911, juhovýchodný (JV) v 1971. V ostatných rokoch je práve JV kráter najaktívnejší. Pár týždňov po našich meračkách, 24 augusta tohto roku sa pripomenul lávovou fontánou 150 m vysokou a lávovým prúdom, ktorý tiekol niekoľko sto metrov. Pred začiatkom 20-teho storočia tvoril vrchol Etny len jeden kráter, centrálny a vrcholová scenéria Etny vyzerala veľmi odlišne od tej dnešnej.

 Severovýchodný kráter (pohľad z juhu). Sfarbenie dožlta je od síry produkovanej sopečnými plynmi.

História erupcií a lávových prúdov Etny je fascinujúca. Stojí za to spomenúť aspoň niektoré. Lávový prúd z roku 1669 stiekol až k moru a v meste Katánia zničil budovy. V roku 1928 zničil lávový prúd mesto Mascali. Lávové prúdy spojené so vznikom JV krátera v roku 1971 pochovali astronomické observatórium a zničil lanovku. Láva v rokoch 1992–93 ohrozovala mesto Zafferana. Mesto sa podarilo zachrániť pred zničením budovaním kamenných valov a odklonením lávového prúdu pomocou výbušnín. Obdobie 1995–2001 predstavovalo výnimočne vysokú aktivitu vo vrcholových kráteroch a vyvrcholilo vytvorením kráteru v roku 2001 na južnom svahu a zničením vrcholovej stanice lanovky.

Vrchol Etny (pohľad z juhu z vrcholku Montagnola). Vpredu kráter 2001, za ním kráter 2002, na obzore vľavo kráter Bocca Nuova a vpravo JV kráter. Vpravo od hrany svahu padá strmo nadol údolie Valle del Bove.

Mimoriadne silné boli erupcie v rokoch 2002–2003. Sprevádzala ich trhlina, z ktorej tryskali vejárovité erupcie lávy podobne ako na Havaji či na Islande. Na južnej strane vznikol na svahu kráter 2002. Na severovýchodnom (SV) rifte dosiahli povrchové deformácie (vzdutie) hodnotu až 2 metre. Na SV zničili lávové prúdy lyžiarske stredisko. Zničené boli viaceré reštaurácie a z trojposchodového hotela trčí spod lávy už len kúsok strechy. V roku 2015 vyprodukoval kráter Voragine lávovú fontánu vysokú 1 km. V marci 2017 kontakt lávy so snehom spôsobil freatomagmatickú explóziu, ktorá zranila 10 turistov vrátane členov TV štábu BBC.

 Meranie vertikálneho gradientu tiaže na SV rifte (v pozadí SV kráter)

Etna je jednou z najlepšie a najpozornejšie sledovaných sopiek. Nachádza sa na nej sieť seizmometrov, vizuálnych a termo–kamier, monitorovanie povrchových deformácií, monitorovanie sopečných plynov, monitorovanie zmien tiaže a ďalšie meracie prístroje. Množstvo nazbieraných dát sa starostlivo spracováva, vyhodnocuje a interpretuje. Geofyzici a vulkanológovia už rozpoznali mnohé vzory a prekurzory, ktoré slúžia na predpovedanie sopečnej aktivity na Etne pre účely nielen vedeckého poznania, ale hlavne pre civilnú ochranu, ochranu ľudských životov a zdravia, ako aj ochranu infraštruktúry. Súčasťou tohto monitorovania a výskumu je aj interpretácia časovo–priestorových zmien tiaže. A to je parketa, ktorej sa venujeme aj na oddelení gravimetrie a geodynamiky Geofyzikálneho odboru ÚVZ.

 Gravimetrické merania na okraji SV kráteru.

Zmeny tiaže sú pri sopečnom nepokoji či sopečnej aktivite sprevádzané často aj vertikálnymi deformáciami zemského povrchu. Tieto deformácie majú svoj gravitačný účinok, ktorý je potrebné pri interpretácii zmien tiaže odpočítať (skorigovať), aby sa interpretovali reziduálne zmeny tiaže, ktoré sú prejavom pre–usporiadania podpovrchových hmôt, najmä v dôsledku migrovania magmy. Takto môžeme získať náhľad do fungovania magmy pod zemským povrchom napriek tomu, že ju nemôžeme pozorovať priamo. Pre spočítanie tohto gravitačného účinku deformácie zemského povrchu sa štandardne používajú aproximácie založené na voľnovzdušnom gradientovom efekte a na Bouguerovom efekte. Za posledné 3 roky sme pracovali na novej metodike presnejšieho výpočtu tohto efektu. Navrhli sme nový prístup pre jeho výpočet. Tento nový prístup overujeme v teréne. V roku 2016 sme vykonali overovacie merania na sopke Teide a v jej okolí na ostrove Tenerife. Toto leto sme realizovali merania na Etne. Do konca roku by sme radi túto prácu uzavreli a opublikovali v niektorom prestížnom geovednom časopise, ktorý pokrýva aj sopečnú gravimetriu.

 Pohľad z Massimovho dronu do útrob SV kráteru, v ktorom celý deň riadne burácalo a rachotilo.

Samotné merania a táto terénna práca nás priviedli do prekrásneho prírodného prostredia. Etna je obklopená a jej svahy pokryté krásnymi borovicovými i brezovými či inak listnatými lesmi a nádherným kríkom ginestra, ktorý celý kvitne bohato výrazne žltou farbou a nesmierne prenikavo vonia, takže či človek vonku pripadá ako v parfumérii. V lesoch rastú hríby a tak stretnete domácich s prútenými košíkmi. Perličkou je, že tam potrebujete hubársky lístok, povolenku podobnú tej u nás pre rybárov. Aby ste ju získali, musíte zložiť skúšku, pri ktorej preukážete znalosť hríbov. Je to niečo ako odborná spôsobilosť v hubárčine. Má to veľký praktický prínos, ušetríte takto hubárov od otravy jedovatými hubami. Etnu sme počas meraní na relatívnych bodoch gravimetrickej siete a absolútnych bodoch situovaných v turistických útulňach (chatách) obehli na terénnych autách dookola vo viacerých výškových úrovniach. Vo vyšších partiách je všetko čierne s nádychom občas hnedej či červenej, pohybujete sa neustále po vysypaných lávových produktoch (tephra). Pripadáte si po chvíli ako v marťanskej krajine. Má to svoje čaro.

 Nazeranie do útrob kráteru Bocca Nuova, v ktorom bolo pred rokom lávové jazero.

Počas päť–dňovej kampane sme premerali vertikálne gradienty tiaže na vybraných relatívnych aj absolútnych bodoch. Vrchným operátorom gravimetra bol Palo. Polohu viacerých bodov sme potrebovali presne geodeticky zamerať pre účely overenia predikovaných gradientov a ich porovnania s nameranými in–situ. Geodéziu v zmysle GNSS (GPS) určovania polohy a zamerania pomocou takzvanej totálky mal na starosti Juraj. Massimo bol našim vrchným dron operátorom. Dron sme používali na letecké snímkovanie za účelom zostrojenia presného digitálneho modelu terénu v okolí bodu pomocou fotogrametrie. Tento spresnený model terénu vstupuje do veľmi presných výpočtov účinku terénu na gradient tieže, ako aj na výpočet gravitačného účinku deformovanej topografie. To sú práve tie členy a výpočty, ktoré predstavujú náš originálny doteraz nepoužívanú prístup v sopečnej gravimetrii.

Pracovný trek okolo všetkých vrcholových kráterov.

Najintenzívnejší a najdobrodružnejší bol posledný deň našej meračskej kampane. Najprv nás náš vrchný šofér Filippo vyviezol na ústavnom (INGV) Ivecu Massif (talianska verzia LandRoveru Defender) zo severnej strany pod vrcholové krátery. Inak ako perličku uvediem, že sme boli po piatich rokoch úplne prví, kto prešiel autom po panenskej zbrusu novej ceste okolo vrcholových kráterov, pretože pôvodná cesta bola zničená erupciami. Pod cestou mám na mysli buldozérom zrovnaný sopečný materiál. Je to zvláštny pocit stretnúť buldozér vo výške cirka 3000 mnm v blízkosti aktívnych kráterov. Inak ešte uvediem ako druhú perličku, že počas piatich dní zničil Filippo dva talianske Defendre. Jeden skončil v servise s pokazenou prevodovkou (dala sa zaradiť len jednotka, čo je na ceste z Etny do Katánie dosť nepraktické), a s druhým to tiež nevyzeralo dobre, pretože cestou dole z Etny v ňom niečo hrozne búchalo, či kardan či tlmič nevedno. Tak sme si ho doberali, že nabudúce mu na ústave zveria maximálne štvorkolku. Filippo mal zase tajný plán, že povie, že šoféroval Massimo.

SV kráter nám dával počas merania vedieť o sebe, že nespí.

Po absolvovaní panenskej cesty, ktorá pred nami koleso neokúsila, a odparkovaní sme si naložili na chrbty čo bolo treba a pustili sme sa na absolvovanie pracovného treku okolo všetkých vrcholových kráterov. Bolo to výnimočné ale aj náročné kvôli sopečným plynom. Naše rúška moc nepomáhali, skôr by sa hodili kyslíkové masky. Miestami a chvíľami sme mali naozaj dosť. V SV krátere to celý deň rachotilo, čo vytváralo skutočne jedinečnú zvukovú kulisu. Keď sme z juhu obdivovali SV kráter a Massimo pripravoval dron na vznešený let v silnom vetre, zo SV kráteru, ktorý celý deň žil miernou strombolskou aktivitou, to zaburácalo a sopečné bomby tentokrát vyleteli až von z krátera. Vtedy Filippo zavelil na rýchly ústup a presun. Keď sme sa preštverali na severný okraj SV krátera, rozložili sme naše nádobíčko a pustili sa do meračiek. Meračky mali neustále kulisu burácania vo vnútornostiach krátera a občas kráter vypustil mračno plynu a prachu. V podvedomí sme boli nastavení na ďalší rýchly presun. Všetko sme ale v kľude dokončili a s Etnou sme sa lúčili plní dojmov, spokojní s naplnením pracovného programu, pocitom dobre vykonanej práce, s radosťou z nadviazaného priateľstva s kolegami na INGV a s prísľubom ďalšej spolupráce do budúcnosti.

Slovenská účasť na Upper Crust Physics of Rocks Hawaii 2016

V júli 2016 prestížne medzinárodné   spoločnosti (obe so sídlom v USA) Society of Exploration Geophysics (SEG) a American Geophysical Union (AGU) spoločne zorganizovali konferenciu venovanú fyzike hornín vrchnej kôry. Podujatie sa konalo v Hilo na ostrove Hawaii, a popri bohatom zastúpení „horninových fyzikov“ zo Spojených štátov, Kanady, Japonska, Číny, Taiwanu, Francúzska a ďalších krajín mal na tomto mítingu zastúpenie aj náš ústav. Gravimetrici Ladislav Brimich a Peter Vajda z Odboru geofyziky ÚVZ predniesli tri príspevky venované interpretácii zmien tiaže a deformácií zemskej kôry, sledovaniu migrácie magmy a fluíd vo vrchnej kôre gravimetrickými metódami a skúmaniu geologickej stavby a tektonického vývoja Západných Karpát geofyzikálnymi metódami. Všetky tri príspevky, prezentované formou posterov a 4-minútových „speed geeking“ prednášok, sa tešili odozve a plodným diskusiám počas posterovej sekcie. Hlavnou témou tohto podujatia bola porozita a permeabilita hornín a rôzne režimy migrácie fluíd pri rôznych p-T podmienkach. Zameranie konferencie prezrádzjú jej jednotlivé sekcie: Rock Physics in Tectonics, Theory and Modelling, Fractures and Transport Processes, Experimental Developments, Evolving Rock Systems, Rock Microstructure