cyfikacji OpenGIS w œrodowiskach europejskich, s³ychaæ by³o wiele g³osów przeciwnych: „Europa ju¿ ma swoje normy w tym zakresie (CEN/TC287)”, „OpenGIS jest eko-nomiczn¹ agresj¹ kapita³u amerykañskiego na europejski rynek GI” i tym podobne. W roku 2002 podstawowy doku-ment inicjatywy INSPIRE kierowanej przez Komisjê Europejsk¹ dotycz¹cy tych zagadnieñ (INSPIRE, 2002) odwo³uje siê do norm ISO i specyfikacji OpenGIS setki razy. Te cztery lata wykaza³y, ¿e jest to najbardziej racjo-nalna droga standaryzacji zagadnieñ zwi¹zanych z infor-macj¹ geoprzestrzenn¹. Pytanie, na czym oprzeæ architektoniczne za³o¿enia polskiego NSDI — tak¿e w zakresie geologii, jest retoryczne.
Literatura
BRODAIC B. (ed.), NADM Data Model Design Team, 2002 — NOR-TON-CoMo-v0.91-28Oct02 — Logical View Report. AASG/USGS Geologic Map Data Model Working Group Arch., URL: http://geology.usgs.gov/dm/ steering/teams/design/NORTON-CoMo-v0.91-28Oct02.pdf
CEN 1998 — Geographic Information — Data description — Spatial schema: EXPRESS Schema.
URL:http://forum.afnor.fr/afnor/WORK/AFNOR/GPN2/Z13C/ PUBLIC/WEB/ENGLISH/pren.htm.
COX S. 2001 — Geologic Data Transfer Using XML. [W:] Proc. of 2001 Annual Conference of the International Association for Mathema-tical Geology. Cancum, URL: http://www.kgs.ukans.edu/
Conferences/IAMG/Sessions/I/Papers/cox.pdf.
EC-GIS 2002 — Welcome to the EC GI & GIS Web Portal. URL: http://www.ec-gis.org.
GADZICKI J. 2001 — Leksykon geomatyczny. Lexicon of geomatics. Pol. Tow. Infor. Przestrz., Warszawa.
GADZICKI J. 2002a — Rozwój infrastruktury danych przestrzen-nych: wnioski dla Polski. Geodeta, Mag. Geoinfor., 11: 14–16. GADZICKI J. 2002b — Standardy ogólne dla geoinformacji: krajowe czy miêdzynarodowe? Geodeta, Mag. Geoinfor., 12: 30–31.
GADZICKI J. & MICHALAK J. 2002 — Normalizacja w polskiej geomatyce: kierunki dzia³añ. Geodeta, Mag. Geoinfor., 9: 22–23. INSPIRE (Architecture and Standards Working Group) 2002 — INSPIRE Architecture and Standards Position Paper. JRC Institute for Environment and Sustainability, Ispra.
ISO 2002a — ISO 19103 (TS) Geographic information — Conceptu-al Schema Language. ISO/TC211 Document. NTS, Oslo.
ISO 2002b — ISO 19108:2002 — Geographic information — Temporal schema. ISO/TC211 Document. NTS, Oslo. ISO 2002c — Programme of Work. URL: http://www.isotc211.org/ pow.htm.
ISO 2002d — Welcome to the ISO/TC 211 World Wide Web server. URL: http://www.isotc211.org.
MICHALAK J. 2000 — GML jêzyk zapisu geojnformacji. [W:] Systemy Informacji Przestrzennej, t. 10: 189–198. Wyd. PTIP, Warszawa.
MICHALAK J. 2002 — Interoperacyjnoœæ w zakresie informacji geo-przestrzennej. [W:] Systemy Informacji Przestrzennej, t. 12: 41–50. Wyd. PTIP, Warszawa.
OGC 2001 — History of OGC. URL: http://www.opengis.org/ pressrm/summaries/ 20011127.TS.OGChist.htm
OGC 2002 — OpenGIS Geography Markup Language (GML) Implementation Specification, Version 3.00. OGC Arch., Wayland. URL: http://www.opengis.org/techno/documents/02-023r4.pdf PACHELSKI W. 2002 — Dzia³alnoœæ normalizacyjna w dziedzinie informacji geograficznej, cz.1. Logiczna koniecznoœæ. GEODETA Mag. Geoinfor., 11: 46–48.
PKN 2002 — Projekt Polskiej Normy PN-N-12160 Informacja geogra-ficzna. Opis danych. Schemat przestrzenny. Arch. PKN, Warszawa. SUBIETA K. 1999 — S³ownik terminów z zakresu obiektowoœci. Akademicka Oficyna Wyd. PLJ, Warszawa.
WILSON T. 2002 — Geo-Science GML Encoding Project Final Report, TR2002-213-02. Arch. CGKN, Toronto. URL:
http://cgkn.net/2002/projects/xml/docs/geoscience_ encoding.pdf. Z-WORLD Inc. 2001— An Introduction to TCP/IP. URL: http://www.zworld.com/ documentation/docs/manuals/TCPIP/ Introduction/4layers.htm
Pole cieplne polskich Karpat i obszarów przyleg³ych
Czes³aw Królikowski*, Zbigniew ¯ó³towski*
Thermal field of the Polish Carpathians and adjacent areas. Prz. Geol., 51: 315–319.
S u m m a r y. Map of the surface heat flow in the Polish Carpathians and adjacent areas was compiled from published data, including gravity anomalies pattern. MT (magnetotelluric) soundings results and gravity modellings enabled evaluation of the crustal heat pro-duction. The radiogenic heat flow was computed along two profiles in western and eastern segments of the Polish Carpathians. Along both profiles, increased crustal component of the surface heat flow is observed in gravity minimum zone. In that zone the crustal (radiogenic) component exeeds the upper mantle one; probably due to greater Earth`crust thickness observed in most MT cross-sections is supposed to account for it.
Key words: heat flow, radiogenic heat, gravity minimum, earth’crust structure
W koñcu lat dziewiêædziesi¹tych ubieg³ego wieku Przed-siêbiorstwo Badañ Geofizycznych przeprowadzi³o badania magnetotelluryczne metod¹ sondowañ o wyd³u¿onym czasie rejestracji i o szerokim widmie czêstotliwoœci. Na trzech pro-filach w czêœci zachodniej i czterech w czêœci wschodniej polskich Karpat (ryc. 1) wykonano interpretacjê danych i opracowano przekroje geoelektryczne skorupy Ziemi i gór-nych partii dolnej litosfery (Stefaniuk & Klityñski, 1999; Królikowski i in., 2000). Sta³y siê one podstaw¹ dla konstruk-cji wyjœciowych przekrojów strukturalnych w modelowaniu grawimetrycznym. Wyniki kompleksowej interpretacji geofi-zycznej (Królikowski & Petecki, 2001; Królikowski i in.,
2001) wykaza³y, ¿e polska czêœæ Karpat sk³ada siê z dwóch segmentów o odmiennej budowie skorupy Ziemi i dolnej lito-sfery. Œwiadczy o tym zarówno obraz anomalii grawime-trycznych i jego analiza, jak równie¿ wyniki modelowañ magnetotelluryczno-grawimetrycznych. Jednym z dowodów odmiennej budowy jest szkic powierzchni Moho (ryc. 2).
Dotychczas opracowane mapy geotermiczne dotyczy³y na ogó³ obszaru ca³ej Polski. Ich skala z powodu ma³ej iloœci danych (87 otworów — wed³ug Plewy, 1994) by³a bardzo ma³a. Tylko w opracowaniu Karwasieckiej i Bruszewskiej (1997) znalaz³y siê mapy wybranych regionów Polski w wiêkszej skali.
W trakcie kompleksowej interpretacji zebrano i przeana-lizowano dostêpne dane o polu cieplnym tego regionu.
Dlate-*Pañstwowy Instytut Geologiczny, ul. Rakowiecka 4, 00-975 Warszawa
go celem tej pracy jest zaprezentowanie wyników tej analizy w nawi¹zaniu do rezultatów wy¿ej wspomnianych badañ.
Jednym z najwa¿niejszych parametrów charaktery-zuj¹cych pole cieplne Ziemi jest powierzchniowy strumieñ cieplny. W pewnym uproszczeniu mo¿na przyj¹æ, ¿e jest on sum¹ ciep³a, p³yn¹cego z p³aszcza do sp¹gu skorupy ziemskiej i ciep³a wytwarzanego w wyniku rozpadu d³ugo-wiecznych pierwiastków radioaktywnych, znajduj¹cych siê g³ównie w górnych partiach skorupy, a tak¿e ciep³a zwi¹zanego z ró¿nymi procesami zachodz¹cymi w litosfe-rze (tektoniczne, wulkaniczne itp.). Charakter plitosfe-rzenoszenia ciep³a zale¿y od konkretnych warunków geodynamicznych regionu; mo¿e odbywaæ siê drog¹ przewodnictwa lub/i drog¹ konwekcji.
Strumieñ cieplny Q, nazywany te¿ gêstoœci¹ strumienia cieplnego, wyznacza siê z równania:
Q = 8 )T, gdzie;
8— przewodnictwo cieplne ska³ (W/moC),
wyznacza-ne w badaniach laboratoryjnych próbek ska³,
)T — gradient temperatury (oC/m), okreœlany w
wyni-ku pomiarów temperatury w otworach wiertniczych.
Stru-mieñ cieplny wyra¿a siê zazwyczaj w mW/m2.
Œrednia wartoœæ strumienia dla ca³ej powierzchni
Zie-mi wynosi 82 mW/ m2, w tym dla kontynentów z szelfami
57 mW/m2, a dla oceanów 99 mW/m2(Sclater i in., 1980).
Dla charakterystyki strumienia cieplnego Karpat i ich przedpola Kutas (1993) przyj¹³ trzy przedzia³y:
strumieñ niski do 50 mW/m2,
strumieñ podwy¿szony od 51 do 70 mW/m2,
strumieñ wysoki powy¿ej 70 mW/m2.
Ca³a platforma wschodnioeuropejska charakteryzuje siê niskimi wartoœciami strumienia; œrednia wartoœæ
wyno-si 42 mW/m2. Wzd³u¿ SW brzegu platformy na obszarze
Polski obserwuje siê (Plewa, 1994) bardzo du¿e zró¿nico-wanie wartoœci strumienia, niskie w NW Polsce, wysokie w segmencie kujawskim i bardzo zmienne w segmencie ma³opolskim. Podwy¿szone i wysokie wartoœci strumienia wystêpuj¹ na bloku górnoœl¹skim i w przyleg³ych do niego Karpatach fliszowych.
Cech¹ charakterystyczn¹ rozk³adu pola cieplnego w Karpatach Wschodnich i w Karpatach Zachodnich a¿ po liniê Kraków–Zakopane jest wzrost strumienia od obsza-rów platformowych w kierunku wewnêtrznych obszaobsza-rów Karpat. Na tê regionaln¹ prawid³owoœæ nak³adaj¹ siê ano-malie o ró¿nych rozmiarach i amplitudach, zwi¹zane z budow¹ i rozwojem skorupy ziemskiej (Èermák i in., 1992; Plewa, 1994; Kutas i in., 1996). W Karpatach fliszowych strumieñ cieplny roœnie do 50–60
mW/m2. Zapadlisko zakarpackie i basen
pñski wyró¿niaj¹ siê anomali¹ regionaln¹ i ano-maliami lokalnymi o wysokich wartoœciach
strumienia, przekraczaj¹cych 100 mW/m2.
Ano-malie te wystêpuj¹ na szerokim tle
podwy¿szo-nego pola w granicach 55–65 mW/m2.
Przyjmuje siê, ¿e za t³o odpowiadaj¹ Ÿród³a radiogeniczne w skorupie, zaœ za anomaliê regionaln¹, obejmuj¹c¹ ca³y obszar Karpat odpowiada Ÿród³o ciep³a, które powsta³o przez podnoszenie siê astenosfery na kolejnych eta-pach rozwoju tektonicznego: w jurze œrodkowej (160–180 mln lat) przy formowaniu siê basenu karpackiego i w eocenie (35–54 mln lat) w okre-sie aktywnoœci tektonicznej na obszarze Karpat wewnêtrznych i basenu panoñskiego. Znaczne wyniesienie astenosfery podgrzewa³oby litosfe-rê tworz¹c w niektórych jej obszarach cia³a (astenolity) o czêœciowym stopieniu,
zwiêkszo-nym przewodnictwie elektrycznym oraz
zmniejszonej prêdkoœci sejsmicznej i gêstoœci. Analizowany obraz pola cieplnego jest oparty na wyznaczeniu strumienia cieplnego opisan¹ wy¿ej metod¹ klasyczn¹. Nie uwzglêdnia ona wp³ywu potencjalnych zaburzeñ powodowanych konwekcj¹ ciep³a w przypowierzchniowych, prze-puszczalnych utworach. Dlatego ostatnio (Majo-rowicz i in., 2001) zaproponowano now¹ metodê wyznaczania przewodnictwa cieplnego ska³ i odpowiednich korekt pomiarów temperatury w otworach wiertniczych.
Charakterystyka strumienia cieplnego pol-skich
Karpat i obszarów przyleg³ych Analizê rozk³adu strumienia cieplnego oparto o opublikowane b¹dŸ opracowane wyniki pomiarów strumienia cieplnego na obszarach Polski (Plewa,
–50
KRAKÓW TARNÓW RZESZÓW
PRZEMYŒL KROSNO NOWY S¥CZ POPRAD 17 16 15 14 7 5 4 23° 50° 23° 49° 20° 49° 20°50° oœ p³ytka shallow axis oœ g³êboka deep axis izolinie w mGal (10 ms )µ -2 isolines in mGal (10 ms )m -2 –20 –10 0 –30 –40 –40 –40 –50 –50 –60 –50 PREŠOV
Ryc. 1. Osie minimum grawimetrycznego na tle regionalnych anomalii pola
si³y ciê¿koœci
Fig. 1. Gravity minimum axes at the background of the regional anomalies
wa¿niejsze nieci¹g³oœci w skorupie ziemskiej major discontinuities in the earth’s crust strefa rozgraniczaj¹ca segment zachodni i wschodni polskich Karpat
zone seperating the western and eastern segments of the Polish Carpathians
granica nasuniêcia Karpat front of the Carpathian overthrust
27 35 4 20 21 22 23 24 25 26 27 28 1 2 34 5 6 7 8 910 12 13 14 15 16 17 18 19 21 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 12 34 56 78 9 1011 1213 14 1516 17 18 19 20 2122 2324 2526 123 4 56 78 9 10 1112 1314 15 1617 18 19 20 21 2223 24 25 26 27 28 23 4 5 6 7 89 1011 12 1314 15 16 1718 1920 21 22 2324 25 26 12 3 45 6 78 910 1112 13 1415 1617 18 19 2021 22 23 24 25 26 27 28 12 3 45 6 7 89 1011 1213 14 1516 1718 1920 21 2223 24 25 26 27 NOWY S¥CZ POPRAD KROSNO TARNÓW KRAKÓW RZESZÓW PRZEMYŒL 60 45 40 35 35 35 55 40 30 30 35 40 40 50 50° 49° 49° 20° 21° 22° 23° 23° 22° 21° 20° 50° 20 km 4 5 7 14 15 16 17
izohipsy granicy Moho w km isohypses of the Moho boundary in km numer profilu
profile number pieniñski pas ska³kowy Pieniny Klippen Belt numer sondowania MT number of the MT sounding
PREŠOV
Ryc. 2. Szkic g³ebokoœci granicy Moho Fig. 2. Sketch of the Moho depth
1994; Sroka, 1991; Karwasiecka & Bruszewska, 1997), by³ej Czechos³owacji (Èermak i in., 1992) i po³udniowo-zachodniej Ukrainy (Kutas, 1993; Kutas i in, 1996). Obraz strumienia cieplnego przedstawia ryc. 3. Na rycinie podano skrócone nazwy otworów wiertniczych, dla których wyznaczono warto-œci strumienia. Mimo znacznej ilowarto-œci danych charakterystyka rozk³adu strumienia cieplnego jest niepe³na, przede wszystkim ze wzglêdu na nierównomierny rozk³ad punktów (otworów). Szczególnie brakuje danych w œrodkowej czêœci polskich Kar-pat. Równie¿ pó³nocny obszar S³owacji jest pozbawiony danych.
W takiej sytuacji przy kreœleniu szkicu rozk³adu stru-mienia cieplnego kierowano siê ogólnym obrazem rozk³adu
tego parametru w ca³ym regionie pannoñsko-karpackim (Ková i in., 1997; Kutas i in., 1996). Przyjêto te¿, ¿e rozk³ad strumienia powinien byæ ogólnie skorelowany ze stylem strukturalno-tektonicznym orogenu karpackiego. Poniewa¿ styl ten najwyraŸniej manifestuje siê w obrazie anomalii grawimetrycznych starano siê, a¿eby tam, gdzie to by³o mo¿liwe, rysowaæ szkic zgodnie z tym obrazem. Oczy-wiœcie tam, gdzie brakuje danych, przebieg izolinii ma cha-rakter orientacyjny. Mimo nierównomiernego rozk³adu danych opracowany szkic rozk³adu strumienia ilustruje g³ówne trendy zmian tego parametru. Tak powsta³y obraz strumienia cieplnego dla polskich Karpat (ryc. 3), jest nieco odmienny od tego, jaki przedstawiaj¹ dotychczasowe prace (m.in. Karwasiecka & Bruszewska, 1997).
Na zachodnim skraju szkicu, w Beskidzie Morawsko-Œl¹skim, strumieñ cieplny osi¹ga wartoœci wysokie,
powy-¿ej 70 mW/m2. Wystêpuje tu rozleg³a,
dodatnia anomalia, obejmuj¹cej rejon Górnego Œl¹ska (Karwasiecka & Bru-szewska, 1997; Karwasiecka, 2001a, b). Poniewa¿ wykracza ona poza granicê nasuniêcia karpackiego, nie bêdziemy jej bli¿ej analizowaæ. Mo¿na tylko dodaæ, ¿e na jej tle pojawiaj¹ siê drobniejsze, lokal-ne anomalie, z których nie wszystkie, jako jednopunktowe, zosta³y wyekspo-nowane.
Ze szkicu wynika, ¿e oddzieln¹ anomaliê tworz¹ wysokie wartoœci strumienia wyznaczone dla otworów Sucha Beskidzka IG 1 (SB) i Lencze IG 1 (Ln) na W od profilu Zakopane–Kra-ków. Maksymalne wartoœci strumienia
przekraczaj¹ tu 80 mW/m2.
Dalej na wschód, poza dwoma poje-dynczymi otworami Leszczyna 3 i Sie-kierczyna IG1 (Le i Si), nie ma danych, dopiero w Bieszczadach wyznaczono strumieñ w 4 otworach. Interesuj¹ca jest tu zmiennoœæ stru-mienia na linii tych otworów. Id¹c od pó³nocy strumieñ roœnie od 27 w otworze Cisowa IG1 (Ci), do 54 w otworze KuŸmina 1 (Ku) i 56 w otworze Paszowa 1 (Pa), a nastêpnie maleje do 43
Bd Ba Be Bo By Bc CT Che Zam Ci C10 DG Dr Gl Je Jo KB Kr Kr Kc Ku Ln Le Lo Ml Ma MB83 Mi Mo18 Ne OP-9 Ob Or PL Pa Pia Ph Pr PZ Po Ps Pt RH Si Sb So SH Sn St SB SR Su20 Sz Zh Za 80 60 85 58 64 64 67 68 88 27 69 70 91 69 66 59 83 60 82 54 81 60 63 85 120 51 74 70 87 79 62 54 65 52 56 81 108 74 71 70 87 73 65 82 113 103 67 76 99 81 43 72 76 51 56 A’ 92 Ru B’ B A 60 60 80 60 70 80 70 80 90 70 90 10 0 90 50 50 40 30 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 [mW/m2] 20 km
70 izolinie strumienia cieplnego w mW/m2
isolines of the heat flow in mW/m2
Zh
51
otwór wiertniczy, dla którego wyznaczono wartoœæ strumienia cieplnego borehole for which the heat flow value was determined
Pozosta³e oznaczenia jak na ryc.2. For further explanations see fig.2.
NOWY S¥CZ POPRAD BÂNSKA BYSTRICA KROSNO TARNÓW KRAKÓW KATOWICE BIELSKO BIA£A ILINA RZESZÓW PRZEMYŒL PREŠOV 50° 49° 49° 20° 19° 21° 22° 23° 23° 22° 21° 20° 19° 50°
Ryc. 3. Mapa strumienia cieplnego polskich Karpat i obszarów przyleg³ych. AA’ i BB’
— profile, wzd³u¿ których wyznaczono sk³adow¹ pionow¹ ciep³a radiogenicznego
Fig. 3. Map of the heat flow in the Polish Carpathians and adjacent areas. AA’ i BB’ —
profiles with vertical component of the radiogenic heat determined
0 40 80 120 160 200 [km] 0 20 40 60 80 100 [m W /m ] 2 [m G al ] -60 -40 -20 0 ∆g Q Qp Qs S N S£OWACJA POLSKA GNK PPS
Ryc. 4. Strumieñ cieplny i jego sk³adowe wzd³u¿ profilu AA’. )g
— krzywa anomalii Bouguera, Q — powierzchniowy strumieñ cieplny, Qp — sk³adowa strumienia pochodz¹ca od górnego p³aszcza, Qs — sk³adowa strumienia pochodz¹ca od ciep³a radiogenicznego skorupy Ziemi, PPS — pieniñski pas ska³kowy, GNK — granica nasuniêcia Karpat
Fig. 4. Heat flow and its components along the profile AA’. ) g
— Bouguer anomalies, Q — surface heat flow, Qp — heat flow component due to the upper mantle, Qs — heat flow component due to the radiogenic heat in the Earth’s crust, PPS— Pieniny Klippen Belt, GNK — front of the Carpathian overthrust
0 40 80 120 160 200 [km] 0 20 40 60 80 100 [m W /m ] 2 [m G al ] -60 -40 -20 0 ∆g Q Qp Qs S N S£OWACJA POLSKA GNK PPS
Ryc. 5. Strumieñ cieplny i jego sk³adowe wzd³u¿ profilu BB’.
Objaœnienia jak na ryc. 4
Fig. 5. Heat flow and its components along the profile BB’. For
mW/m2 w otworze Suche Rzeki (SR). Dalej na po³udnie
bra-kuje danych, dopiero w S³owacji, w odleg³oœci ok. 50 km, obserwuje siê wyraŸny wzrost wartoœci strumienia do 73 w
otw. R. Hamre (RH) i maksymalnie do 113 mW/m2w
otwo-rze Stret (St). Podobny jak w Bieszczadach obraz strumienia obserwuje siê w Karpatach Wschodnich po stronie ukraiñskiej (Kutas, 1993). Na przed³u¿eniu dodatniej anomalii sygnalizo-wanej przez otwór Ku i Pa obserwowana jest anomalia o
war-toœciach powy¿ej 50 mW/m2.
Otwory Ci i SR z niskimi wartoœciami strumienia znaj-duj¹ siê na skrzyd³ach ni¿u grawimetrycznego; w samej strefie ni¿u, w otworach Ku i Pa, obserwuje siê podwy¿-szone wartoœci strumienia. Czy miêdzy lini¹ otworów bieszczadzkich a lini¹ Kraków–Zakopane, w strefie ni¿u grawimetrycznego istnieje pasmo podwy¿szonych warto-œci strumienia trudno na tym etapie rozpoznania stwier-dziæ, poniewa¿ brakuje danych. Narysowany przebieg izolinii jest tylko jednym z mo¿liwych wariantów.
G³ówne elementy sk³adowe strumienia cieplnego
Na powierzchniowy strumieñ cieplny sk³ada siê ciep³o wytwarzane w skorupie ziemskiej i ciep³o p³yn¹ce z górne-go p³aszcza W pewnym uproszczeniu mo¿na przyj¹æ, ¿e ten pierwszy sk³adnik tworzy ciep³o radiogeniczne, które jest funkcj¹ zawartoœci w ska³ach pierwiastków promienio-twórczych. Ich wystêpowanie zale¿y od sk³adu petrolo-gicznego, a w szczególnoœci od litologiczno-facjalnego charakteru ska³, ich wieku i pozycji tektonicznej. Poniewa¿ wystêpowanie pierwiastków promieniotwórczych jest dominuj¹ce w grupie ska³ granitowych znajduj¹cych siê g³ównie w górnej skorupie, a te s¹ l¿ejsze od innych, to powinna istnieæ korelacja miêdzy produkcj¹ ciep³a a gêsto-œci¹ ska³, który to parametr z kolei decyduje o obrazie ano-malii grawimetrycznych. Wiele korelacji w postaci najczêœciej liniowej zale¿noœci ciep³a radiogenicznego od gêstoœci, a tak¿e od prêdkoœci rozchodzenia siê fal sej-smicznych, dla ska³ litosfery prezentowane s¹ w licznych pracach (m.in. Rybach & Buntebarth, 1984).
Chocia¿ korelacje liniowe miêdzy ciep³em radioge-nicznym a parametrami fizycznymi ska³ s¹ wygodne dla oceny produkcji ciep³a w górnej skorupie, to nale¿y sobie zdawaæ sprawê, ¿e rzeczywisty model rozk³adu pierwiast-ków promieniotwórczych i ich udzia³u w powierzch-niowym strumieniu cieplnym jest daleko bardziej z³o¿ony. Dlatego tam, gdzie istniej¹ bezpoœrednie dane geochemicz-ne i petrologiczgeochemicz-ne, jak to ma miejsce dla górgeochemicz-nej skorupy, nale-¿y w pierwszej kolejnoœci z nich korzystaæ. Natomiast algebraiczne zale¿noœci, z braku bezpoœrednich danych, mog¹ byæ wykorzystane dla wyznaczenia energii cieplnej pochodz¹cej z dolnej skorupy.
Ró¿nica miêdzy powierzchniowym strumieniem ciepl-nym a wyznaczociepl-nym ciep³em skorupy stanowi ciep³o p³yn¹ce z górnego p³aszcza przez nieci¹g³oœæ Moho. Mode-le budowy dolnej litosfery zak³adaj¹, ¿e dominuj¹cy udzia³ maj¹ ska³y zasadowe i ultrazasadowe, a te zawieraj¹ zniko-me iloœci pierwiastków promieniotwórczych. Zatem p³yn¹ce ciep³o pochodzi g³ównie z gor¹cej astenosfery, któ-rej g³êbokoœæ wystêpowania decyduje o wielkoœci tego komponentu strumienia cieplnego.
A¿eby przekonaæ siê jaki udzia³ do strumienia wnosz¹ ska³y skorupy Ziemi oszacowano wielkoœæ sk³adowej
pio-nowej ciep³a radiogenicznego korzystaj¹c z przekrojów strukturalno-gêstoœciowych uzyskanych w wyniku modelo-wania magnetotellurycznego i grawimetrycznego (Króli-kowski & Petecki, 2001). Wybrano dwa profile (ryc. 3) przed³u¿one na obszar S³owacji, jeden AA’ w segmencie zachodnim, którego fragmentem jest profil 5 sondowañ MT i drugi BB’ w segmencie wschodnim, przebiegaj¹cy w polskiej czêœci Karpat w pobli¿u profilów 16 i 17 sondo-wañ MT. Wybór tych profili uzasadnia wzglêdnie dobre rozpoznanie powierzchniowego strumienia cieplnego; w ich pobli¿u istnieje sporo otworów wiertniczych, dla któ-rych wyznaczono ten parametr. Ciep³o radiogeniczne po stronie s³owackiej na profilu AA’ przyjêto z pracy Majcina (1993), natomiast na profilu BB’ wyznaczono na podsta-wie przekroju strukturalnego skorupy, przedstawionego w pracy Bezáka i in. (1997).
Ciep³o radiogeniczne ska³y jest funkcj¹ zawartoœci pierwiastków promieniotwórczych z grup uranu (U), toru (Th) i potasu (K), a ta wyznaczana jest drog¹ analiz geo-chemicznych próbek ska³. Przyjêto nastêpuj¹ce wielkoœci charakteryzuj¹ce ciep³o radiogeniczne kolejnych kom-pleksów skorupy (Plewa, 1994; Sroka, 2000):
flisz wraz z paleozoiczno-mezozoicznym pod³o¿em
1,3 :W/m3,
krystaliczna czêœæ górnej skorupy 1,1 :W/m3, a
gra-nity w rejonie Tatr 1,6 :W/m3,
dolna skorupa: ciep³o szacowano wed³ug
empirycz-nego wzoru (Rybach & Buntebarth, 1984), wi¹¿¹cego wielkoœæ ciep³a z gêstoœci¹:
ln A = 21,4 – 8,15F, gdzie:
A — ciep³o radiogeniczne w :W/m3,
F— gêstoœæ w g/cm3.
Wyniki obliczeñ na profilu AA’ przedstawiono na ryc.
4. Ciep³o radiogeniczne skorupy (krzywa Qs) na odcinku
30–140 km wykazuje podwy¿szone wartoœci i na tym odcinku przewy¿sza ciep³o od p³aszcza. Ten fragment krzywej znajduje siê równie¿ w strefie minimum grawime-trycznego (krzywa )g). Krzywa ciep³a p³yn¹cego od p³asz-cza posiada wyraŸne maksimum w pobli¿u 155 kilometra profilu. To maksimum, jak i podwy¿szone wartoœci powierzchniowego strumienia Q s¹ zwi¹zane z dodatni¹ anomali¹ Q, rozci¹gaj¹c¹ siê na zachód od profilu w rejo-nie otworów Sucha Beskidzka IG 1–Lencze IG1 (ryc. 3).
Na profilu BB’ (ryc. 5), na odcinku od PPS po stronie s³owackiej po 140 km profilu po stronie polskiej obserwuje siê wyraŸny wzrost krzywej ciep³a radiogenicznego do
ponad 50 mW/m2. Na obydwu koñcach profilu, zarówno po
stronie s³owackiej, jak i polskiej wartoœci Qs malej¹. Na
odcinku profilu 80–170 km, czyli w szerokiej strefie mini-mum grawimetrycznego (krzywa )g), ciep³o radiogeniczne przewy¿sza znacznie ciep³o od p³aszcza. Na 135 km profilu
obserwowuje siê lokaln¹ anomaliê na krzywej Qs, która z
niewielkim przesuniêciem odpowiada anomalii Paszo-wa–KuŸmina na krzywej powierzchniowego strumienia Q.
Dyskusja i wnioski
Podwy¿szone wartoœci ciep³a radiogenicznego na odcin-ku 30–140 km profilu AA’ s¹ zwi¹zane ze zwiêkszon¹
mi¹¿szoœci¹ górnej, l¿ejszej skorupy. Ten interwa³ profilu odpowiada grawimetrycznemu minimum na krzywej )g. Z kolei obni¿one wartoœci sk³adowej strumienia pochodz¹cej od p³aszcza mog¹ wskazywaæ na obni¿enie astenosfery w tym rejonie.
Obserwowana w segmencie zachodnim lokalna ano-malia Sucha Beskidzka–Lencze znajduje siê poza profilem AA’. Podwy¿szona wartoœæ Q na profilu pochodzi ze zwyk³ej ekstrapolacji w kreœleniu mapy strumienia. Gdyby jednak przyj¹æ w rejonie tej anomalii podobn¹ jak na profi-lu budowê skorupy, to jej Ÿród³a powinny znajdowaæ siê w górnym p³aszczu. Mog¹ to byæ tzw. astenolity, czyli cia³a o rozgrzanej, czêœciowo stopionej materii skalnej, wystê-puj¹ce w dolnej litosferze lub nawet w skorupie (Bezák i in., 1997). Modelowania geotermiczne (Kutas i in., 1989; Kutas, 1993) wykazuj¹, ¿e cia³a up³ynnione mog¹ wystê-powaæ w skorupie ziemskiej nawet na g³êbokoœciach 7–15 km i ¿e mog³y one powstaæ w miocenie (4–15 mln lat).
Niewykluczone s¹ te¿ inne Ÿród³a tej anomalii. Mo¿e j¹ wywo³ywaæ wystêpowanie w górnej skorupie ska³ o zwiê-kszonej zawartoœci pierwiastków promieniotwórczych, np. intruzja ska³ granitowych. A mo¿e to byæ równie¿ zjawisko konwekcji zwi¹zane z ruchem wód g³êbinowych. Wyd³u¿ony charakter anomalii œwiadczy o istnieniu tu jakiegoœ roz³amu w skorupie Ziemi, który stwarza³ odpo-wiednie warunki dla migracji materii skalnej, lub umo¿li-wia obecnie kr¹¿enie nagrzanych wód.
Wysoka anomalia powierzchniowego strumienia ciepl-nego na po³udniowym odcinku profilu BB’ pochodzi, jak widaæ na ryc. 5, prawie ca³kowicie od ciep³a p³yn¹cego z górnego p³aszcza. Jest ona interpretowana jako efekt p³ytkiego wystêpowania astenosfery na g³êbokoœci 60–70 km (Majcin, 1993). W tym rejonie jednak model geoter-miczny znacznie ró¿ni siê od modelu sejsmicznego. Ten drugi wykazuje wiêksz¹ g³êbokoœæ astenosfery 100–120 km. Dane sejsmiczne i modelowania grawimetryczne (Bezák i in., 1997) pokazuj¹ zgodnie sp³ycenie Moho, co poci¹ga za sob¹ spadek ciep³a radiogenicznego.
Interesuj¹ce jest pochodzenie dodatniej anomalii Paszo-wa–KuŸmina widocznej zarówno na krzywej powierzchnio-wego strumienia cieplnego, jak i na pozosta³ych krzywych (ryc. 3). Dane po stronie ukraiñskiej wskazuj¹ na jej wyd³u¿ony przebieg i mo¿liwoœæ jej kontynuacji w kierunku WNW. Jednak obszar na zachód od Krosna a¿ po profil AA’, za wyj¹tkiem jednego punktu ( Si) pozbawiony jest danych. Wczeœniejsze interpretacje (Bezák i in., 1997) sugerowa³y, ¿e mo¿emy tu mieæ do czynienia z lokalnym podniesieniem siê astenosfery. Zbyt ma³a iloœæ danych obserwacyjnych nie pozwala na bardziej wiarygodn¹ analizê tej anomalii.
Odnosz¹c siê do obydwu profili, z których ka¿dy jest reprezentatywny dla swojego segmentu polskich Karpat, nale¿y zauwa¿yæ, ¿e podwy¿szone wartoœci ciep³a radio-genicznego w strefie ni¿u karpackiego, przewy¿szaj¹ce ciep³o od p³aszcza, znajduj¹ wyt³umaczenie w zwiêkszonej mi¹¿szoœci górnej, „lekkiej” skorupy, co obserwuje siê na wiêkszoœci interpretowanych przekrojów magnetotellu-rycznych (Królikowski i in., 2001).
Literatura
BEZÁK V., ŠEFARA J., BIELIK M. & KUBEŠ P. 1997 — Models of the Western Carpathian Lithosphere. [In:] Geological evolution of the Western Carpathians. Grecula P. et al. (eds), Bratislava: 25–34. ÈERMÁK V. (ed.) 1992 — Subsurface temerature and heat flow density maps on the territory of the Czechoslovakia. [In:] Geothermal Atlas of Europe. V. Hurtig and V. Èermák (eds.), Gotha: 21–24. KARWASIECKA M. & BRUSZEWSKA B. 1997 — Gêstoœæ powierzchniowego strumienia cieplnego Ziemi na obszarze Polski. CAG Pañstw. Inst. Geol., nr arch. 21/98.
KARWASIECKA M. 2001a — Nowe wyniki badañ gêstoœci strumienia cieplnego Ziemi w obszarze Górnoœl¹skiego Zag³êbia Wêglowego. [In:] Rozpoznanie pola cieplnego Ziemi w obszarze Górnoœl¹skiego Zag³êbia Wêglowego dla potrzeb górnictwa i ciep³ownictwa. S. Plewa (ed.). Studia, Rozprawy i Monografie, 90: 53–85
KARWASIECKA M. 2001b — Korelacja wspó³czesnego pola cieplne-go z polem uwêglenia w obszarze Górnoœl¹skiecieplne-go Zag³êbia Wêglowe-go. Zesz. Nauk. Politechniki Œl., Ser. Górn., 249: 37–49.
KOVÁÈ M., BIELIK M., LEXA J., PERESZLÉNYJ M., ŠEFARA J., TÚNYI I. & VASS D. 1997 — The Western Carpathian intramountane basins. [In:] Geological evolution of the Western Carpathians. Grecula P. (eds): 43–64, Bratislava.
KRÓLIKOWSKI C., KLITYÑSKI W., PETECKI Z. & STEFANIUK M. 2000 — Deep lithosphere structure under Polish part of the Carpathians as a result of integrated magnetotelluric and gravity data interpretation. Vijesti 37/3, Spec. Issue, Abstracts: 70. Dubrovnik, Croatia.
KRÓLIKOWSKI C., M£YNARSKI S., PETECKI Z., ¯YTKO K., DZIEWIÑSKA L., ¯Ó£TOWSKI Z., KLITYÑSKI W. & STEFANIUK M. 2001 — Interpretacja kompleksowa wyników badañ magnetotellu-rycznych i anomalii grawimetmagnetotellu-rycznych w zakresie struktury litosfery polskich Karpat. CAG Pañstw. Inst. Geol.
C. KRÓLIKOWSKI & Z. PETECKI 2001 — Recent results of the gravity and magnetotelluric modellings: lithosphere structure in the Polish Carpathians. Slovak Geol. Mag., 7: 131–138
KUTAS R.I. 1993 — Tiep³owoje polie i geotermiczeskij re¿im litosfe-ry. [In:] Litosfera Centralnoj i Wastocznoj Jewropy. Obobszczenie rezultatow isliedowanij. Nauk. Dumka, Kijew: 114–135
KUTAS R.I., CWIASZCZENKO W. A. & KORCZAGIN. I. N. 1989 — Modelirowanie tiep³owowo potoka kontinentalnoj litosfery. Nauk. Dumka, Kijew.
KUTAS R.I., KRASOWSKIJ S.S., ORLIUK M.I. & PASZKIEWICZ I.K. 1996 — Model g³ubinnowo strojenia i tektoniczeskowo razwitia litosfery Zapadnoj Ukrainy. Geof. ¯ur., 18: 18–30.
MAJCIN D. 1993 — Thermal state of the West Carpathian Lithosphe-re. Studia Geoph. Geod., 4: 345–364, Acad. Sc. Czech Rep. MAJOROWICZ J., WRÓBLEWSKA M., SZEWCZYK J. & KRZYWIEC P. 2001 — Heat flow models across the TESZ in the area of the POLONAISE`97 International Seismic Experiment. Abstracts, Joint Meeting on „Variscides–Craton–Uralides: Linkage between Orogenic and Intraplate Processes”, Moscow.
PLEWA S. 1994 — Rozk³ad parametrów geotermalnych na obszarze Polski. Wyd. CPPGSMiE PAN.
RYBACH I. & BUNTEBARTH G. 1984 — The variation of heat gene-ration, density and seismic velocity with rock type in the
continental lithosphere. Tectonophysics, 103: 335–344.
SCLATER J. G., JAUPART C. & GALSON D. 1980 — The heat flow through oceanic and continental crust and the heat loss of the earth. Rev. Geophys. Space Phys., 18: 269–311.
SROKA K. 1991 — Nowe oznaczenia gêstoœci powierzchniowego strumienia cieplnego Ziemi w polskiej czêœci Karpat. Zesz. Nauk. AGH, 1373, Geof. Stos., 8: 153–162.
SROKA K. 2000 — Zwi¹zek wartoœci strumienia cieplnego Ziemi z ciep³em radiogenicznym w utworach fliszowych na profilu Kra-ków–Zakopane. Pr. Inst. Górn. Naftowego i Gaz., 110: 461–464. STEFANIUK M. & KLITYÑSKI W. 1999 — Interpretation of magne-totelluric data along the Radoszyce–Przemyœl line — Eastern part of the Polish Carpathians. Rom. Jour. Tect. Reg. Geol., 77, suppl. 1 (Programme and abstracts).
