Występowanie kopalnego lodu

Transkrypt

1 VII Zjazd Geomorfologów Polskich kraków 2005 Występowanie kopalnego lodu w miedzianej kotlinie (tatry wysokie) w świetle danych elektrooporowych Bogdan Gądek, Bogdan Żogała Uwarunkowania i cechy wieloletniej zmarzliny występującej w Tatrach przedstawili Dobiński (1997) i Kędzia (2004) w swoich rozprawach doktorskich. Wskazywana też była możliwość istnienia lodowych rdzeni w tatrzańskich formach gruzowych (Dobiński i in. 1996; Dec, Dobiński 1997; Dobiński 1997) o złożonej genezie glacjalnej i peryglacjalnej (Dobiński i in. 1996). Słuszność tych poglądów wspiera bezpośrednie stwierdzenie wychodni lodu lodowcowego w spągu moreny czołowo-bocznej w Miedzianej Kotlinie (Tatry Słowackie) oraz wyniki przeprowadzonych wówczas pomiarów georadarowych lodowczyka Miedzianego, świadczące, że znaczna jego część może być przykryta materiałem gruzowym (Gądek, Kotyrba 2003). Mogą one okazać się także istotne w rozważaniach na temat ewolucji środowiska geograficznego Tatr w holocenie, na co zwrócił już uwagę Dobiński (1997, 2004). Należy jednak udowodnić, że odsłonięty w wyniku recesji lodowczyka lód nie jest jego resztką o zasięgu ograniczonym do wewnętrznej strony wału moreny usypiskowej i wykluczyć błędną ocenę grubości lodowczyka na podstawie danych georadarowych. W tym celu, pod koniec sezonów ciepłych 2003 i 2004 r., wykonano badania elektrooporowe gruzowego podłoża Miedzianej Kotliny. Na podstawie uzyskanych danych wyznaczono pionowy i poziomy zasięg warstwy o oporności elektrycznej charakterystycznej dla lodu. Prezentowana praca przedstawia zastosowane wówczas metody i uzyskane wyniki. 1. Obszar badań Miedziana Kotlina jest miejscem szczególnie sprzyjającym istnieniu zagrzebanego lodu. Znajduje się w słowackich Tatrach Wysokich (ryc. 1), powyżej górnej granicy

2 556 Bogdan Gądek, Bogdan Żogała Ryc. 1. Położenie Miedzianej Kotliny (A) i lokalizacja sondowań elektrooporowych (B)

3 Występowanie kopalnego lodu w miedzianej kotlinie (Tatry Wysokie) kosodrzewiny ( m n.p.m.). Jest słabo wykształconym, granitoidowym kotłem lodowcowym o ekspozycji N. Jej długość wynosi ok. 600 m, a szerokość ok. 200 m. Od wschodu, południa i zachodu zasłonięta jest skalnymi ścianami szczytów, których wysokość przekracza 2500 m n.p.m. Zachodnią część Miedzianej Kotliny zajmuje największy tatrzański lodowczyk o powierzchni ok. 2 ha (zasilany śniegiem lawinowym), któremu towarzyszą dwa wały moren czołowo-bocznych. Natomiast jej wschodnią część wypełniają rozległe stożki usypiskowo-napływowe. Pomiary elektrooporowe wykonano w strefie wysokościowej m n.p.m., w 12 punktach położonych na wszystkich wskazanych formach terenu (ryc. 1). 2. Metody badań Sondowania elektrooporowe zostały wykonane w układzie symetrycznym Schlumbergera (AM=NB; AB 5MN) z zastosowaniem aparatury Terrametr SAS 300C firmy ABEM. Aparatura ta mierzy stosunek napięcia do natężenia prądu stabilizowanego przez układ generatora. Rozstaw elektrod prądowych zmieniano od 5 do 180 m. Lokalizację środków sondowań przedstawia ryc. 1. Punkty sondowań 1-5 położone były na stożku usypiskowym, a 6-10 na zewnętrznej morenie czołowo-bocznej. Odległości między nimi wynosiły ok. 50 m. Z kolei sondowanie nr 11 wykonano w zagłębieniu między piargiem i moreną, a nr 12 na morenie powierzchniowej lodowczyka Miedzianego. Ilość sondowań ograniczona była ukształtowaniem terenu. Do interpretacji uzyskanych wyników zastosowano program IX1D firmy Interpex Limited. Umożliwia on konstruowanie modeli geoelektrycznych sondowanego podłoża na podstawie wartości oporu pozornego skał zmierzonego przy różnych rozstawach elektrod prądowych Dla każdego modelu obliczono średni błąd kwadratowy RMS [%], który wskazuje na dokładność dopasowania krzywej teoretycznej do wartości zmierzonego oporu pozornego. 3. Wyniki badań Opór pozorny podłoża badanego obszaru zmieniał się w profilu pionowym od ok. 20 do ok. 250 kohmm. Do uzyskanych krzywych sondowań 1-10 i 12 dopasowano modele 5 warstwowe, a do krzywej sondowania 11 (zagłębienie) model czterowarstwowy. Wszystkie modele cechuje niski lub bardzo niski średni błąd kwadratowy RMS (od 1,76% do 6,19%). Wskazują też na istnienie bardzo wysokooporowej warstwy w podłożu każdego sondowanego miejsca (ryc. 2). Jej oporność rzeczywista zmieniała się od ok. 130 do 460 kohmm, przy czym pod moreną powierzchniową lodowczyka Miedzianego wynosiła ok. 260 kohmm. Można zatem uznać, że jest to warstwa lodowa. Wewnątrz stożka usypiskowego jej strop był położony na głębokości ok. 10 m, a w pozostałych miejscach na głębokościach od ok. 2 (zagłębienie) do 5 m (wał morenowy i morena powierzchniowa). Grubość tej warstwy zwykle wynosiła ok. 2 m (od 1,1 do 2,5 m) tylko wewnątrz wału moreny, na stanowiskach 7 i 10, była zbliżona do 4 m.

4 558 Bogdan Gądek, Bogdan Żogała Ryc. 2. Przykłady interpretacji krzywych sondowań elektrooporowych: A na morenie powierzchniowej lodowczyka Miedzianego (nr 12 na ryc. 1), B na stożku usypiskowym (nr 2 na ryc. 1)

5 Występowanie kopalnego lodu w miedzianej kotlinie (Tatry Wysokie) Oporność rzeczywista jej nadkładu w strefie przypowierzchniowej zmieniała się od kilkudziesięciu do kilkuset kohmm stosownie do widocznego na powierzchni stopnia upakowania i wielkości okruchów skalnych (wysokie opory tej warstwy związane były przede wszystkim z pustkami między granitoidowymi okruchami). Natomiast w strefie kontaktowej nie przekraczała 60 kohmm. Wyjątkowym miejscem było zagłębienie pomiędzy stożkiem a wałem usypiskowym, gdzie warstwę lodową (325 kohmm) przykrywał głównie gruz o oporności rzeczywistej zbliżonej do 100 kohmm. Uzyskane wyniki świadczą też, że pod warstwą bardzo wysokooporową występują utwory o oporności rzeczywistej od kilku do kilkudziesięciu kohmm, co z kolei sugeruje, że może to być materiał zwietrzelinowy o większym niż w strefie przypowierzchniowej udziale okruchów drobniejszej frakcji i miejscowo większej wilgotności. 4. Dyskusja Przedstawione dane dotyczą obszaru zaliczanego do strefy występowania zmarzliny nieciągłej lub sporadycznej (Dobiński 1997; 2004; Kędzia 2004). Świadczą jednak, że w Miedzianej Kotlinie warstwa o oporności rzeczywistej typowej dla zmarzliny (Evin, Fabre 1990; Vonder Mühll, Schmid 1993; Mościcki, Kędzia 2001; Ishikawa 2004) występuje w podłożu całego zbadanego obszaru. Jej strop znajduje się na różnej głębokości. Zmienność ta jest wyraźnie związana z formami terenu. Nie wskazuje jednak na lokalne warunki topoklimatyczne ale raczej na zasypanie tej warstwy materiałem zwietrzelinowym. Ponadto wyniki porównawczych pomiarów wykonanych na morenie powierzchniowej lodowczyka Miedzianego świadczą, że bardzo wysokooporową warstwę ( kohmm) może tworzyć lód lodowcowy (sedymentacyjny) o gęstości ok. 0,8 g cm -3. W sezonach letnich 2002 i 2003 roku lód ten był widoczny po wewnętrznej stronie zewnętrznego wału moreny na przedpolu lodowczyka (rok później był już zasypany redeponowanym materiałem zwietrzelinowym). Wyjaśnienia wymagają przyczyny małej grubości tej bardzo wysokooporowej i stabilnej warstwy (zbliżonej do 2 m). Wyniki pomiarów georadarowych lodowczyka (Gądek, Kotyrba 2003) świadczą, że grubość lodu pod moreną powierzchniową odpowiada sumie grubości warstw bardzo wysokooporowej i podścielającej. Natomiast dane o położeniu podłoża lodowczyka są zgodne. Porównanie wyników sondowań elektrooporowych i georadarowych lodowczyka Miedzianego jest zatem kluczem w interpretacji elektrooporowych modeli podłoża Miedzianej Kotliny. 5. Wnioski w gruzowym podłożu Miedzianej Kotliny prawdopodobnie występuje zagrzebany lód lodowcowy. tworzy on wschodnią, ale już nieaktywną część współczesnego lodowczyka Miedzianego. istnienie i ewentualne zmiany zagrzebanego lodu nie znajdują odzwierciedlenia na powierzchni terenu. współczesne, peryglacjalne środowisko Miedzianej Kotliny konserwuje kopalny lód, sprzyja więc występowaniu wieloletniej zmarzliny.

6 560 Bogdan Gądek, Bogdan Żogała Praca wykonana w ramach projektu badawczego 3P04E04523 finansowanego ze środków Komitetu Badań Naukowych. Literatura Dec J., Dobiński W., 1997, Preliminary results`of a seismic refraction survey on Hruby Piarg in the Five Polish Lakes Valley, Tatra Mts., southern Poland, [w:] J. Repelewska-Pękalowa, K. Pękala, (red.), Wyprawy Geograficzne na Spitsbergen, Sesja Polarna: Dynamika Środowiska Polarnego, UMCS, Lublin, Dobiński W., 1997, Warunki występowania zmarzliny w alpejskim piętrze Tatr Wysokich, Praca doktorska, Arch. Katedry Geomorfologii, WNoZ, U.Śl., Sosnowiec. Dobiński W., 2004, Wieloletnia zmarzlina w Tatrach: geneza, cechy, ewolucja, Przegl. Geogr., 76, 3, Dobiński W., Gądek B., Żogała B., 1996, Wyniki geoelektrycznych badań osadów czwartorzędowych w piętrze alpejskim Tatr Wysokich, Przegl. Geol., 44, Evin M., Fabre D., 1990, The distribution of permafrost in rock glaciers of the southern Alps (France), Geomorphology, 3, Gądek B., Kotyrba A., 2003, Kopalny lód lodowcowy w Tatrach?, Przegl. Geol. 51, 7, ss Ishikawa M., 2004, Application of DC resistivity imaging to frozen ground investigations, Journal of the Japanese Society of Snow and Ice, 66, 2, Kędzia S., 2004, Klimatyczne i topograficzne uwarunkowania występowania wieloletniej zmarzliny w Tatrach Wysokich (na przykładzie Koziej Dolinki), Praca doktorska, Arch. IGiPZ PAN, Kraków. Mościcki J., Kędzia S., 2001, Investigation of mountain permafrost in the Kozia Dolinka Valley, Tatra Mountains, Poland, Norwegian Journal of Geography, 55, Vonder Mühll D. S., Schmid W., 1993, Geophysical and photogrammetrical investigation of rock glacier Muragl I, upper Engadin, Swiss Alps, Proceedings of the Sixth International Conference on Permafrost /Beijing/ 5-9 July 1993, Permafrost, 1, Bogdan Gądek, Wydział Nauk o Ziemi Uniwersytet Śląski ul. Będzińska Sosnowiec Bogdan Żogała Wydział Nauk o Ziemi Uniwersytet Śląski ul. Będzińska Sosnowiec