Előfizetés a lapra

3D-s térkép a kéregmozgásról

A hét kutatója, élettelen természettudomány, földkéreg, geodézia, gps, interjú

2014/10/29

Több mint két évtizedes méréssorozat eredményeként elkészült a Pannon-medence kéregmozgásának első háromdimenziós térképe. A földkéreg deformációit űrgeodéziai technikát alkalmazva sikerült rendkívüli pontossággal követni. Grenerczy Gyulával, a Földmérési és Távérzékelési Intézet penci Kozmikus Geodéziai Obszervatóriumának munkatársával nemcsak a program tudományos hátteréről és jelentőségéről beszélgettünk, hanem arról is, hogy a kapott adatok révén egyebek között a nagyfontosságú létesítmények veszélyeztetettsége is pontosabban becsülhető.

– Miért lett geofizikus?

– Már általános iskolában is érdekelt a fizika, a matek, a Föld és a természet, így elhatároztam, hogy ezek ötvözetével foglalkozom, azaz geofizikus leszek. Egyetemi hallgatóként a műholdas módszerek kezdtek érdekelni, mivel a klasszikus földi módszerek által nyújtott ismereteken túl alapvető fontosságú új eredményeket hoztak.

– Hogyan jött létre a program és mi volt benne az Ön szerepe?

– A Globális Navigációs Rendszerek közül a GPS-technológia abszolút hajnalán, még 1991-ben, Gazsó Miklós, Fejes István és Borza Tibor kollégák irányításával elkészült a hazai GPS-mozgásvizsgálati hálózat a földkéreg jelenkori deformációinak vizsgálatára. Néhány évvel később az erre irányuló közép-európai kooperációnak is kezdeményezőivé, vezetőivé váltunk. A jelenlegi, piciny kéregmozgásokat más technológiával közvetlenül megmérni nem lehetett, a GPS adta az első reményt erre. 1995-ben kapcsolódtam be a mérésekbe, adatfeldolgozásba, majd a kiértékelés, értelmezés is az én feladatom lett. Így a 90-es évek végére abba a szerencsés helyzetbe kerültem, hogy én voltam az, aki elsőként kimutatta és feltérképezte a jelenkori kéregmozgásokat nemcsak a Pannon-medencében, hanem egész Közép-Európában. Az izgalmas tudományos munka mellett természetesen ma már az ezen programok életben tartásához szükséges pályázatok (OTKA, MŰI, NFŰ stb.) vezetése és a közép-európai kooperációkban való részvétel, koordináció és tisztségek is a tevékenységem részévé váltak.

A jelenkori kéregmozgás sebességtérképe a Pannon-medence területén és környezetében. A bal oldali kiskép a műholdas helymeghatározás egyszerűsített elvét szemlélteti, a jobb oldali pedig a műholdak észlelésére felállított antennánkat mutatja egy kéregmozgás-vizsgálati ponton.

– Milliméteres elmozdulásokról van szó évente. Hogyan lehet ezeket kimutatni?

– A módszer egy dologban hasonló a telefonokba beépített kis GPS-ek helymeghatározásához: ugyanazt a műholdrendszert használja. Minden más részlet azonban különbözik. A méréseket kétfrekvenciás geodéziai GPS-antennákkal és vevőberendezésekkel, több napon keresztül, a nap 24 órájában kell végezni ideális környezetben, speciális helyeken és úgynevezett kényszerközpontos antenna felállításával. Itt a helymeghatározáshoz nem a műhold által sugárzott közvetlen információkat, úgynevezett kódmérést alkalmazunk, hanem a vivőjel, vagyis a műholdak által sugárzott hullámok fázisának változását használjuk.

 A számítások „finomságára” jellemző, hogy a követőállomások méréseiből számított műholdpálya-adatok mellett figyelembe kell venni az ionoszféra, a troposzféra, a gravitációs mező, a földforgás, az árapály, a relativisztikus hatások és más aprónak tűnő effektusok következményeit is. Mindezek modellezésével utólagosan végezzük el az adatfeldolgozást, amivel már így az egymáshoz képest akár több száz kilométerre lévő pontok relatív pozícióját néhány milliméteres pontossággal meg tudjuk határozni. Az időről időre elvégzett pozíciómérésekkel pedig évek, évtizedek múltán kirajzolódik a lassú felszínmozgás, így annak sebessége pontról pontra meghatározható.

– Miért fontos ez a kéregmozgás-térkép? Milyen hatása van más tudományterületekre?

– Jelentőségét három csoportba sorolnám. Egyrészt a lemeztektonika abszolút alapja a lemezmozgások és a deformációk ismerete, azaz az általunk közvetlen mérésekből meghatározott 3D-s kéregmozgás és deformációs viszonyok. Ezt a geofizika és geológia általánosan és széles körben használja. A kőzetfizikában a jelenkori pórusnyomás, kőzetfeszültség okainak kvantitatív megismerése, a szeizmológiában a földrengéskockázat meghatározásának egyik legalapvetőbb bemenő paramétere a jelenkori kéregmozgás, vetők lehetséges aktivitása, kiterjedése és a felhalmozódó deformációs energia becslése, illetve a törésvonalak menti mozgássebesség meghatározása. A geomecha­ni­ká­ban stabil referenciaként szolgálnak a hálózat pontjai a talajstabilitásra, a földcsuszamlás vizsgálatában. A geomorfológiában a recens mozgások ismerete nagy előrelépés, hiszen a geológiai, geofizikai mozgásindikátorok ezt még többnyire nem mutatják. A folyódinamika terén egyrészt a folyók evolúciója, a gyűjtőterületek vertikális mozgásai, másrészt a gátak esetében már hétköznapi jelentősége is lehet, itt elsősorban a vertikális mozgások ismerete a fontos.

 Az alapkutatások szerteágazó alkalmazásai mellett az állami földmérésben is jelentős. A geodéziában a földi referenciarendszerek megvalósítása és vizsgálata alapvető, melyet nagyrészt a GNSS-méréseink és -eredményeik szolgáltatnak. A földmérés területén az ország geometriai rendjét képező statikus alaphálózatok kora hanyatlásban van. Az emberi tevékenységek okozta mozgások ugyanis sok esetben kezelhetetlenné teszik a földmérés számára a statikus, elöregedő alaphálózati rendszert. A megoldást a fenti és még ennél sűrűbb mozgástérkép és monitorozás jelenti. Harmadrészt pedig az alkalmazott technológia, a mérési és adatfeldolgozási módszerek az emberi tevékenységekhez kötött stabilitási és mozgásvizsgálatok alapját képezi. Ilyenek például a bányászat, vízkivétel, erőművek, radioaktív hulladéktárolók, gátak és egyéb nagy jelentőségű létesítmények stabilitás-vizsgálata és veszélyeztetettségük becslése.

 Az Európai Űrügynökség (ESA) Sentinel-1 nevű műholdjai radaros észleléseinek demonstrálása (FORRÁS: ESA)

– Lehet-e fejleszteni, pontosítani ezeket a kutatásokat?

– Az ezredforduló tájékán kezdtem foglalkozni egy akkor még nemzetközi szinten is csak gyerekcipőben járó módszerrel, a műholdradaros inter­ferometriával (InSAR). Ennek itthoni bevezetését irányítom, első hazai alkalmazásai a nevemhez fűződnek. A módszer alapja, hogy a műholdak radarjeleket bocsátanak a Föld felszínére, és a felszín által visszaszórt jelek amplitúdóját és fázisát magának a holdnak az antennája detektálja. A műhold eltérő időpontokban rögzített adatai közötti fázisdifferenciából létrehozható a felszín mozgástérképe.

 Ez a technika példa nélküli tulajdonságokkal rendelkezik, hiszen nincs szükség terepi munkára, ponttelepítésre, hálózatépítésre és annak karbantartására, nincs szükség műszerre, engedélyek kérésére és helyszíni mérésekre, mint minden más módszer esetében. Ráadásul nagyságrendekkel több, sűrűbb információt ad. A magassági pontossága és a vizsgálható pontok száma felülmúlja minden más technikáét, sőt ott is különösen jól alkalmazható, ahol más technika csak korlátozottan. Óriási előnye még, hogy ilyen észlelések 1992-ig visszamenőleg rendelkezésre állnak, így a technika a „múltba is lát”. Minden más esetben a kezdő mérés után azokat folytatni kell mindaddig, amíg az elmozdulás mértéke kimutathatóvá válik. A GPS-es kéregmozgások esetén 22 évig kellett mérni, mire a háromdimenziós mozgástérképig eljutottunk. Az InSAR-ral már most több mint két évtizedes globális időbázisunk van, így azonnal eredményhez juthatunk, ráadásul terepi munka nélkül és nagyságrendekkel nagyobb pontsűrűséggel. Bár a geo­di­na­mi­ká­ban még teljesen nem helyettesíti a GPS-t, de kétségtelen, hogy a jövőt az InSAR képviseli.

 TRUPKA ZOLTÁN

 

2014/35