Centrum Badań Kosmicznych PAN

tel. (+48) 224-966-200
Menu

Laboratorium Geodynamiczne (Książ)

Laboratorium Geodynamiczne w Książu, zarejestrowane w Międzynarodowym Centrum Pływów Ziemskich (ICET) w Brukseli pod nr 0906, prowadzi od 1974 ciągłe obserwacje zmian linii pionu – jest to jeden z najdłuższych ciągów obserwacyjnych zmian linii pionu na świecie. Laboratorium wyposażone jest w kwarcowe klinometry wahadłowe produkcji francuskiej, grawimetr laboratoryjny względny G-648 firmy Lacoste&Romber, szczelinomierz, system TPH ciągłych pomiarów zmian temperatury, ciśnienia i wilgotności, permanentne stacje GNSS, stacje meteorologiczna oraz klinometr hydrostatyczny.

Obserwacje zgodnie z międzynarodowymi zobowiązaniami, wynikającymi ze współpracy Polski w ramach Międzynarodowej Unii Geodezji i Geofizyki (IUGG, AIG), przesyłane są po opracowaniu do ICET. Pomiary zmian linii pionu są dodatkowo uzupełnione poprzez ciągły monitoring sejsmiczny, prowadzony przez Instytut Geofizyki PAN.

Laboratorium znajduje się w podziemnym obiekcie fortyfikacyjnym zbudowanym w czasie II wojny światowej. W latach 70. ubiegłego wieku obiekt został przekazany na cele badawcze Polskiej Akademii Nauk.. Nieprzerwanie od momentu powstania Laboratorium gromadzi informacje na temat procesów geodynamicznych, ich związków z globalnymi zmianami, m.in. klimatu, oraz wiekowymi i długookresowymi zmianami w środowisku człowieka. Badania prowadzone w Laboratorium dostarczają również wiedzy o wiekowych i długookresowych zmianach w środowisku człowieka, wiadomości na temat właściwości mechanicznych globu ziemskiego, danych do wyznaczania pływów oceanicznych oraz informacji o budowie geologicznej Dolnego Śląska.

Dzięki kwarcowym wahadłom horyzontalnych (KW) uzyskano blisko 50-letnie ciągi obserwacyjne zmian linii pionu (fot.1). W roku 2007 zmodernizowano sposób rejestracji, skracając interwał próbkowania KW z 1 godziny do 1 minuty. Dwa klinometry hydrostatyczne (fot. 2) o czułości 100 razy wyższej niż wahadłowe, stanowią doskonały instrument badawczy zjawisk obciążeniowych w szczególności wywołanych procesami atmosferycznymi. Szczególne właściwości instrumentu pozwalają na rejestrację zmian linii pionu, wywołanych przez zjawisko swobodnych drgań całego globu, efektów infradźwiękowych, zjawisk tektonicznych. Przykładem była rejestracja 6-godzinnego drgania obszaru Polski na skutek wyjątkowo silnego trzęsienia Ziemi (9° w skali Richtera), jakie miało miejsce 26 grudnia 2004 roku u wybrzeży Sumatry.

W 2008 roku w podziemiach Laboratorium wybudowano pawilon grawimetryczny, wyposażony w dwa słupy pomiarowe, co umożliwiło prowadzenie ciągłych obserwacji grawimetrycznych względnych oraz wykonywanie sesji pomiarowych grawimetrami absolutnymi (fot. 3). Ciągi obserwacyjne uzyskane z klinometrów i grawimetru względnego otworzyły możliwości wyznaczania liczb Love’a h i k.

Instrumenty zainstalowane w Laboratorium Geodynamicznego CBK PAN w Książu:

Aktualny stan z 2022 roku:

  • 4 kwarcowe klinometry wahadłowe typu Blum z elektronicznym systemem rejestracji zmodernizowanym w 2007 roku (fot.1). Czułość pomiarowa wahadeł Blum wynosi około 1[msec łuku] i związana jest z chwilowym okresem wahadeł. Klinometry wahadłowe Bluma rejestrują względne zmiany linii pionu wywołane przez zjawiska pływowe oraz ruchy nachyleniowe podłoża związane z tektoniką.
fot.1 Kwarcowe klinometry wahadłowe z elektronicznym systemem rejestracji na granitowych platformach pomiarowych. Widoczna jest kamer wideo oraz śruby do justowania umieszczone od frontu.
  • 2 klinometry hydrostatyczne 65 i 92 metrowe z interferencyjnym systemem rejestracji (fot.2). (zakończenie budowy w 2002 roku). Klinometry hydrostatyczne zbudowano w ramach zadań projektów Komitetu Badań Naukowych 9-T12E-046-12 oraz 9-T12E-001-17. Dokładność pomiarowa zmian poziomu wody wynosi dla klinometrów hydrostatycznych ok. 3[nanometry]. Dokładność ta odpowiada zmianie linii pionu około 10-3 [msec łuku]. Klinometry hydrostatyczne są 103 czulsze niż wahadła horyzontalne. Klinometry hydrostatyczne rejestrują sygnały pływowe, drgania własne Ziemi, ruchy pionowe i nachylenia podłoża związane z aktywnością tektoniczną oraz infradźwiękowe fale atmosferyczne 10-3 [Hz].
fot. 2 Stanowisko pomiarowe klinometru hydrostatycznego. Na monitorze widoczne są pierścienie Newtona oraz zespół syfonów przenoszących poziom wody z głównej rury do kotła interferometru.
  • Grawimetr względny w wersji laboratoryjnej LaCoste&Romberg. Grawimetr znajduje się w Laboratorium Geodynamicznym od roku 2007 po wybudowaniu pawilonu grawimetrycznego (fot.3). Czułość pomiarowa grawimetru wynosi około 1[MicroGal]. Grawimetr rejestruje sygnały pływowe, od efektów bezpośrednich i pośrednich – oceanicznych.
  • Szczelinomierz produkcji czeskiej z opracowanym w CBK PAN elektronicznym systemem rejestracji do pomiarów ruchów uskoku (3D) (fot.4). Zakup szczelinomierza nastąpił w roku 2013 ze środków projektu: „Grant Plus” współfinansowanego przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego uzyskanego przez doktoranta Damiana Kaszę z Politechniki Wrocławskiej. Instrument rejestruje mikrometryczne przemieszczenia względne skrzydeł uskoku, do których jest przymocowany. Ruchy uskoku wywoływane są przez zmiany pola sił tektonicznych rejestrowane przez klinometry.
fot. 4 Szczelinomierz produkcji czeskiej z opracowanym w CBK PAN elektronicznym systemem rejestracji pomiarów ruchów skrzydeł uskoku (3D). Na zdjęciu widoczne są 2 obrazy efektu mory, które rejestrowane są co minutę na dysku komputera.
  • System TPH ciągłych pomiarów zmian temperatury, ciśnienia i wilgotności w podziemiach laboratorium. System TPH składa się z 26 mierników rozmieszczonych w pobliżu instrumentów. System zbudowany został ze środków projektu 4 T12E 011 28 (w laboratorium od roku 2007). Roczne wahania temperatury w podziemiach wynoszą kilka dziesiątych stopnia, a wahania dobowe kilka setnych stopnia. System ten dostarcza poprawki dla innych instrumentów Laboratorium.
  • Dwie permanentne stacje GNSS KSIA i stację GPS KSI1 zainstalowane w Laboratorium Geodynamicznym CBK PAN w Książu, które powstały w latach 2010-2013 w ramach projektu badawczego doktoranta Ryszarda Zdunka. Stacje umieszczono na  budynkach obserwatorium i stadniny w odległości ok. 300m od siebie. Znajdują się na przeciwległych skrzydłach głównego uskoku tektonicznego. Badania obejmują odziaływanie ruchu głównego uskoku na instrumentami laboratorium.
  • Automatyczna stacja meteorologiczna z pomiarami temperatury, wilgotności i ciśnienia na powierzchni ziemi zbudowana na potrzeby stacji GPS-GNSS i odniesienia do pomiarów systemu TPH w podziemiach. Stacja meteorologiczna założona została w 2013 roku w ramach projektu badawczego. Stacja dostarcza sygnałów porównawczych dla systemu TPH, znajdującego się wewnątrz Laboratorium.
  • W 2016 roku na wybranych uskokach rozmieszczonych w różnych miejscach podziemi zainstalowano 7 mierników radonowych. Mierniki dostarczają danych o rozkładzie stężenia radonu w obszarze podziemi i jego zależności od kinematyki górotworu.
  • Długobazowy (29,5 m), próżniowy ekstensometr interferencyjny (zakończenie budowy w 2012 roku). Instrument wykonany został z myślą o pomiarach liniowych deformacji górotworu wywołanych przez siły tektoniczne. Aktualnie instrument jest nieczynny ze względu na brak funduszy.
  • Grawimetr balistyczny FG5 nr 230, wykonujący okresowe pomiary absolutnych zmian pola sił ciężkości na słupie w pawilonie grawimetrycznym przez zespół Katedry Geodezji Wyższej i Astronomii Geodezyjnej Politechniki Warszawskiej (własność Politechniki Warszawskiej) (fot.3).
fot. 3 Wnętrze pawilonu grawimetrycznego z grawimetrem względnym LaCoste&Romberg i grawimetrem balistycznym FG5 do pomiarów absolutnych pola grawitacyjnego.
  • Zainstalowane w 2014 roku na wybranych uskokach 4 szczelinomierze fotogrametryczne 3D do monitoringu deformacji uskoków metodami fotogrametrycznymi i fotograficznymi przy pomocy kamer semi-metrycznych. (własność Wydziału Inżynierii Kształtowania Środowiska i Geodezji Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu).
  • W 2015 roku w LG zainstalowano system monitoringu poziomu szumów wysokoczęstotliwościowych (4 mierniki) w przedziale częstości od 10 do 100 Hz na potrzeby międzynarodowego projektu detekcji fal grawitacyjnych przy pomocy Teleskopu Einsteina – Własność Politechniki Warszawskiej i Uniwersytetu Zielonogórskiego.

Główne elementy infrastruktury Laboratorium Geodynamicznego:

  • Pawilon do rejestracji sygnałów z klinometrów hydrostatycznych wykonany w 2000 roku. Do pawilonu schodzą się kable wizyjne z 4 kamer klinometrów hydrostatycznych.
  • Pawilon grawimetryczny wykonany w 2006 roku. Pawilon wyposażony jest w dwa słupy do pomiarów względnych i absolutnych zmian pola sił ciężkości. Grawimetr względny znajduje się w dodatkowym pomieszczeniu, wyposażonym w system stabilizacji temperaturowej. Absolutne pomiary grawimetryczne wykonywane są w pawilonie grawimetrycznym na innym słupie niż pomiary grawimetryczne względne. Do pomiarów absolutnych wykorzystujemy grawimetry balistyczne FG5. Pawilon grawimetryczny pełni jednocześnie funkcje eternetowe centrali komunikacyjnej instrumentów laboratorium ze światem zewnętrznym.

Akumulatorownia

Na potrzeby Laboratorium wykonano osobne pomieszczenie przeznaczone na centralę systemu zasilania instrumentarium laboratorium. W centrali znajduje się zintegrowany system awaryjnego zasilania UPS dla wszystkich instrumentów pomiarowych wyposażony w dużej mocy UPS 3000VA. System pozwala na ciągłą pracę wszystkich instrumentów pomiarowych nawet w przypadku wielogodzinnych przerw w zasilaniu sieciowym. Aparatura laboratorium zasilana jest przez linię trójfazową o mocy 30kW podłączoną bezpośrednio do głównych szyn stacji transformatorowej. Linię zasilającą zakończono w podziemiach centralą z systemem nowoczesnych zabezpieczeń i licznikiem.

Przewiń do góry