Nanostruktury w metamorficznym monacycie jako wskaźniki miarodajnej geochronologii U-Th

Kierowniczka projektu

dr inż. Paulina Zieja

paulina.zieja@igf.edu.pl

Zakład Badań Polarnych i Morskich

Wartość projektu: 29 700,00 PLN

Instytucja finansująca: Narodowe Centrum Nauki

Dyscyplina: Nauka o Ziemi

Okres realizacji: 2025-2026

Opis projektu

Aby lepiej zrozumieć dzieje naszej planety, naukowcy muszą dokładnie określać wiek skał. Jednym z najważniejszych minerałów wykorzystywanych do tego celu jest monacyt, który działa jak naturalny „zapis” dawnych procesów geologicznych.

Nasz projekt bada niezwykle małe struktury wewnątrz monacytu – na poziomie mikro- i nanometrycznym. To właśnie tam mogą kryć się drobne skupiska ołowiu, które wpływają na dokładność pomiarów wieku skał.

Badania prowadzone są na próbkach z Antarktydy, gdzie skały doświadczyły wyjątkowo wysokich temperatur. Dzięki najnowocześniejszym metodom – takim jak mikroskopia elektronowa – chcemy dowiedzieć się, jak dokładnie ołów przemieszcza się w monacycie i co to oznacza dla metod datowania geologicznego.

Wyniki tych prac pomogą nie tylko udoskonalić techniki określania wieku skał, ale także lepiej zrozumieć procesy, które kształtowały Ziemię przez setki milionów lat.

Zmiany klimatyczne, susza i zalesienie: Implikacje dla łączności hydrologicznej

Kierownik projektu

dr Tesfaye Senbeta

tsenbeta@igf.edu.pl

Zakład Hydrologii i Hydrodynamiki

Wartość projektu: 35 686,00 PLN

Instytucja finansująca: Narodowe Centrum Nauki

Dyscyplina: Nauka o Ziemi

Okres realizacji: 2025-2026

Opis projektu

Celem tego projektu jest zastosowanie przestrzennie rozłożonego modelowania wód powierzchniowych i podziemnych. Dzięki temu zidentyfikowane zostaną istotne czynniki klimatyczne i antropogeniczne wpływające na płytkie warstwy wodonośne oraz ich oddziaływania z systemem wód powierzchniowych
w okresach suszy.

Planowane badania obejmą:

• badania pilotażowe w dorzeczu Wisły;
• wizytę badawczą na Colorado State University (laboratorium prof. Ryana Baileya) w Stanach Zjednoczonych.

Projekt zakłada integrację bazującego na danych modelu wód podziemnych (Pastas) (do wstępnej analizy swobodnych zwierciadeł wód podziemnych
i czynników na nie wpływających) z przestrzennie rozłożonym modelem przepływu wód podziemnych SWAT+.

Zaproponowane podejścia pomogą poprawić wydajność zintegrowanego modelu w okresach suszy. Ponadto, pozwolą lepiej zrozumieć, w jaki sposób odtworzenie lasów (mające na celu przeciwdziałanie zmianom klimatycznym) i zwiększone pobory wód podziemnych wpływają na lokalną i regionalną łączność hydrologiczną.

TrackPreQuake: Śledzenie procesów przygotowawczych do trzęsień ziemi

Kierowniczka projektu

prof. dr hab. inż. Barbara Orlecka

orlecka@igf.edu.pl

Zakład Sejsmologii

Wartość projektu: 1 405 847,00 PLN

Instytucja finansująca: Narodowe Centrum Nauki

Dyscyplina: Nauka o Ziemi

Okres realizacji: 2025-2028

Opis projektu

Jak powstają trzęsienia ziemi? Naukowcy od dawna próbują odpowiedzieć na to pytanie, które pozostaje jednym z największych wyzwań sejsmologii. Zanim dojdzie do trzęsienia ziemi, często występują subtelne sygnały związane ze zmianami naprężenia i deformacjami głęboko we wnętrzu skorupy ziemskiej. Zrozumienie tych Procesów Przygotowawczych Trzęsień Ziemi (PPT) jest kluczowe dla przewidywania, kiedy i gdzie mogą wystąpić trzęsienia ziemi. Istniejące modele, takie jak kaskadowy i przedpoślizgowy, są jednak zbyt uproszczone, by uchwycić złożone interakcje zachodzące w systemach uskoków tektonicznych. Ponadto, unikalność każdego trzęsienia ziemi, ukształtowana przez specyficzną historię geologiczną, czyni dokładne przewidywania wyjątkowo trudnymi.

Sejsmiczność Antropogeniczna (SA) – trzęsienia ziemi wywołane działalnością człowieka, taką jak górnictwo, produkcja energii geotermalnej czy napełnianie zbiorników wodnych – dodaje kolejny poziom złożoności. Chociaż SA może wydawać się łatwiejsza do badania ze względu na swoje powiązania
z kontrolowanymi procesami technologicznymi, jej fazy przygotowawcze są słabo poznane. AS jest wynikiem interakcji naturalnych i antropogenicznych czynników, co niesie ryzyko dla przemysłów kluczowych dla niskoemisyjnej przyszłości. Projekt TrackPreQuake stanowi odważne, interdyscyplinarne przedsięwzięcie mające na celu zmierzenie się z tymi wyzwaniami, poprzez hipotezę badawczą łączącą zjawiska obserwowane w skali laboratoryjnej, sejsmiczność antropogeniczną oraz naturalne trzęsienia ziemi w jednolity model geomechaniczny i statystyczny. To pierwsza próba systematycznego zbadania, czy Procesy Przygotowawcze Trzęsień Ziemi mają wspólne cechy w tak różnorodnych skalach. Traktując trzęsienia ziemi jako zjawiska wieloparametrowe i analizując ich ewolucję w przestrzeni wielowymiarowej, projekt dąży do stworzenia uniwersalnego modelu PPT – potencjalnego przełomu w sejsmologii. Najnowsze badania dostarczają obiecujących obserwacji. Wzorce takie jak Subkrytyczny Wzrost Pęknięć (SWP) i Współczynnik Skupień (WS), zidentyfikowane zarówno w eksperymentach laboratoryjnych, jak i w danych terenowych, mogą wskazywać, jak naprężenie narasta przed trzęsieniami ziemi. Badania pokazują, że trzęsienia ziemi wywołane działalnością człowieka wykazują podobne wzorce do tych poprzedzających potężne naturalne trzęsienia ziemi o magnitudzie 8.0+. SWP opisuje powolny, stopniowy wzrost pęknięć pod wpływem naprężenia poniżej poziomu krytycznego, podczas gdy WS mierzy „odległości” między trzęsieniami ziemi w przestrzeni wielowymiarowej, śledząc ich ewolucję w czasie i przestrzeni. Analiza tych „odległości” dostarcza nowatorskich sposobów ilościowego opisu i wizualizacji zmian aktywności sejsmicznej w różnych kontekstach.

TrackPreQuake bada także unikalne zjawiska, takie jak antypowtarzalne trzęsienia ziemi. Te pary trzęsień występują w tym samym obszarze, ale zachowują się jak przeciwieństwa: jedno trzęsienie wiąże się z ruchem uskoku w jednym kierunku, a antypowtarzalne – z ruchem w kierunku przeciwnym. Wzorce te dostarczają cennych informacji o interakcjach uskoków i redystrybucji naprężenia. Projekt wykorzystuje najnowocześniejsze narzędzia, takie jak sztuczna inteligencja (AI), zaawansowane modelowanie statystyczne, eksperymenty laboratoryjne i dane terenowe z różnych źródeł, w tym z górnictwa, geotermii
i sejsmiczności naturalnej. To zintegrowane podejście nie tylko łączy różne dyscypliny – sejsmologię, fizykę, geomechanikę i AI – ale także różne skale, od mikropęknięć w laboratorium po duże uskoki tektoniczne. Traktując trzęsienia ziemi jako zjawiska wielowymiarowe, TrackPreQuake redefiniuje nasze rozumienie procesów przygotowawczych trzęsień ziemi, wyznaczając nowe standardy w sejsmologii. Społeczne i naukowe implikacje projektu są głębokie. Jeśli zakończy się sukcesem, TrackPreQuake dostarczy uniwersalnego modelu PPT, prowadząc do lepszych ocen zagrożeń sejsmicznych i bezpieczniejszego zarządzania przemysłem podziemnym, takim jak geotermia czy magazynowanie CO₂. Wyniki projektu będą udostępniane globalnie za pośrednictwem platform takich jak EPISODES Platform, wspierając międzynarodową współpracę. Ostatecznie TrackPreQuake ma na celu zmianę podejścia do gotowości na nadejście trzęsienia ziemi i do zarządzania ryzykiem, otwierając drogę do bezpieczniejszego, bardziej odpornego społeczeństwa. Projekt wspiera również ideę przejścia na zrównoważone źródła energii.

Budowa efektywnych procedur przetwarzania danych Distributed Acoustic Sensing w celu lepszego zrozumienia dynamiki lodwoca Hansa

Kierownik projektu

dr inż. Wojciech Gajek

wgajek@igf.edu.pl

Zakład Obrazowania Geofizycznego

Wartość projektu: 456 280,00 PLN

Instytucja finansująca: Narodowe Centrum Nauki

Dyscyplina: Nauka o Ziemi

Okres realizacji: 2025-2028

Opis projektu

BrewDAS to projekt poświęcony opracowaniu efektywnych metod analizy danych z czujników światłowodowych (DAS) na Lodowcu Hans. Jego celem jest podniesienie jakości monitoringu dynamiki lodowców oraz rozwój krajowych kompetencji w dziedzinie zaawansowanych technologii sejsmicznych. Pierwsze
w regionie Svalbardu dane DAS zebrane w ramach projektu FROST zostaną wykorzystane do lepszego zrozumienia reakcji lodowców na zmiany klimatu.

Badania wzajemnych oddziaływań pomiędzy lodowcami i morzem z wykorzystaniem naturalnego laboratorium fiordu Hornsund na Spitsbergenie

Kierownik projektu

dr hab. Oskar Głowacki

oglowacki@igf.edu.pl

Zakład Badań Polarnych i Morskich

Wartość projektu: 3 497 862,00 PLN

Instytucja finansująca: Narodowe Centrum Nauki

Dyscyplina: Nauka o Ziemi

Okres realizacji: 2025-2030

Opis projektu

Globalne zmiany klimatu są coraz bardziej odczuwalne zarówno w Polsce, jak i innych częściach świata. Szczególnie uderzająca jest gwałtowność zmian zachodzących w rejonach polarnych. Arktyka ociepla się czterokrotnie szybciej niż inne części globu. Rosnące temperatury napędzają szybki rozpad
i topnienie lodowców, których ubywa w zastraszającym tempie. Zanik lodu lodowcowego ma kluczowe znaczenie nie tylko dla samego środowiska naturalnego, ale także bezpośrednio dla naszego życia. Spływ słodkiej wody z topniejących pokryw lodowych powoduje wzrost poziomu oceanów, który do końca tego wieku stanie się wielkim zagrożeniem nie tylko dla setek milionów ludzi zamieszkujących wybrzeża, ale także całych państw i ich gospodarek. Wysładzanie mórz wpłynie też na globalny obieg wody na Ziemi, co będzie miało kolosalne znaczenie dla występowania ekstremalnych zjawisk pogodowych
w różnych częściach świata.

Szczególnie ważne, ciekawe, a zarazem słabo poznane są procesy zaniku lodowców na kontakcie z ocieplającym się oceanem. Zjawiska te występują
w obszarach, które są zwykle oddalone od cywilizacji, przez niemal pół roku pogrążone w ciemności oraz bardzo nieprzyjazne dla ludzi. Odrywanie się gór lodowych wielkości wielopiętrowych budynków od krawędzi lodowców, czyli proces nazywany cieleniem, stanowi bezpośrednie zagrożenie dla życia,
a jednocześnie jest jednym z najważniejszych mechanizmów rozpadu lodowców uchodzących do morza. Drugim najważniejszym procesem jest topnienie lodu głęboko pod powierzchnią wody, którego nie da się badać powszechnie dostępnymi metodami (np. pomiarami satelitarnymi). Procesy cielenia i podwodnego wytapiania zależą od wielu czynników środowiskowych, takich jak np. warunki pogodowe czy też temperatura wody na styku lodowców i oceanu. Jednocześnie uderzenia oddzielających się gór lodowych o powierzchnię morza i dostawa słodkiej wody z topnienia podwodnego wpływa na otaczające środowisko. Niestety nasza wiedza na temat procesów cielenia i
wytapiania, jak również czynników na nie wpływających oraz ich skutków środowiskowych, jest bardzo słaba. Projekt ma na celu zmienić ten stan rzeczy.

W projekcie wykorzystane zostaną unikalne cechy fiordu Hornsund, który jest częścią arktycznego archipelagu Svalbard. W Hornsundzie funkcjonuje całoroczna Polska Stacja Polarna, która zapewnia wsparcie logistyczne i prowadzi wieloletni monitoring procesów zachodzących w morzu, na lądzie oraz na lodowcach. Hornsund posiada wiele zatok z lodowcami uchodzącymi do morza, które są położone blisko siebie, ale bardzo się różnią pod kątem środowiskowym (np. głębokość wody, wielkość lodowców, pogoda). To wszystko sprawia, że miejsce badań można śmiało nazwać naturalnym laboratorium do badań interakcji lodowców z oceanem. Unikalne możliwości badawcze Hornsundu zostaną połączone z nowymi pomiarami w różnych zatokach lodowcowych z wykorzystaniem najnowocześniejszych, innowacyjnych technik. Jednym z przykładów są całoroczne rejestracje podwodnych dźwięków, których analiza pozwoli określić ubytek lodu na granicy pomiędzy lodowcami i morzem. Projekt pozwoli rozwiązać kilka bardzo ważnych zagadek:

1. Jak przebiegają procesy rozpadu lodowców na granicy z morzem w różnych zatokach fiordu Hornsund i jakie są ich przyczyny oraz skutki?
2. Co się dzieje na granicy lodowiec/morze w okresie nocy polarnej?
3. Jakie są współzależności pomiędzy różnymi procesami zachodzącymi w zatokach lodowcowych i jakie mają znaczenie dla rozpadu lodowców?

Poprzez uzyskanie odpowiedzi na powyższe pytania, wyniki badań z Hornsundu przyczynią się do lepszego zrozumienia, monitorowania i przewidywania rozpadu lodowców w skali globalnej.

Wpływ roślinności na przepływ i mieszanie w małych ciekach (VEGMIX) – z laboratorium do środowiska naturalnego

Kierowniczka projektu

dr hab. inż. Monika Kalinowska

mkalinow@igf.edu.pl

Zakład Hydrologii i Hydrodynamiki

Wartość projektu: 1 993 440,00 PLN

Instytucja finansująca: Narodowe Centrum Nauki

Dyscyplina: Nauka o Ziemi

Okres realizacji: 2025-2029

Opis projektu

Roślinność jest powszechnie obecna w rzekach i kanałach, istotnie wpływając na przepływ wody, rozprzestrzenianie się rozpuszczonych w niej substancji, jak
i na jakość i ekologię wód, rolnictwo, rozwój miast i wiele innych aspektów naszego życia. Rośnie świadomość społeczna dotycząca kluczowej roli roślinności wodnej i nadbrzeżnej dla zdrowych ekosystemów rzecznych. Historycznie jednak roślinność w ciekach, była traktowana głównie jako „przeszkoda” i często usuwana w celu zapewnienia przepustowości kanału i zaspokojenia potrzeb przeciwpowodziowych. Ekstensywne usuwanie roślinności jest nadal szeroko praktykowane. Zasady zrównoważonego rozwoju są jednak coraz częściej brane pod uwagę przy podejmowaniu decyzji dotyczących projektów inżynieryjnych na rzekach i kanałach. Ochrona zasobów wodnych i jakości wody nabiera coraz większego znaczenia, także w Polsce, która jest jednym z krajów
o największym deficycie wody w Europie. Zwłaszcza w kontekście zmieniającego się klimatu, roślinność w ciekach zaczyna być postrzegana nie tylko jako coś niepożądanego, ale także jako sposób na zwiększenie retencji czy jako naturalna pułapka oraz filtr dla osadów i zanieczyszczeń. Równoważenie ryzyka powodzi i suszy, a także ochrona jakości wody są niezmiernie istotne. Wymagają jednak wiedzy na temat procesów fizycznych zachodzących w wodach powierzchniowych.

Procesy te, początkowo złożone same w sobie, stają się jeszcze bardziej skomplikowane wraz z obecnością roślinności. Ich zrozumienie jest jednak kluczowe przy podejmowaniu decyzji, zarówno w kontekście kolejnych badań naukowych, jak i w strategii gospodarowania wodą (w tym strategii na wypadek awarii/katastrof, w których niepożądane substancje dostają się do zbiorników wodnych). Celem projektu jest zbadanie wpływu roślinności na przepływ
i mieszanie w małych ciekach wodnych. Projekt obejmie szereg działań: badania terenowe, w tym badania znacznikowe z życiem bezpiecznego dla środowiska barwnika, teledetekcję, pomiary laboratoryjne, analizę i interpretację danych, oraz obliczenia i symulacje komputerowe w celu ustalenia, wpływu pokrycia roślinnością na procesy zachodzące w kanale. Wpływ roślinności zostanie oceniony dla różnych wartości przepływów i warunków pokrycia roślinnością (Rys.1), poprzez określenie najważniejszych parametrów opisujących badane procesy. Wyznaczenie współczynników tzw. dyspersji podłużnej
i ich zależności od pokrycia roślinnością będzie zadaniem kluczowym. współczynniki te są bowiem najważniejszymi, a jednocześnie najtrudniejszymi do określenia czynnikami charakteryzującymi procesy mieszania i rozprzestrzeniania się substancji rozpuszczonej w wodzie. Najlepszym źródłem informacji do oszacowania ich wartości są planowane w projekcie eksperymenty znacznikowe.

Projekt przewiduje uwzględnienie sezonowych zmian roślinności, oraz różnych możliwych scenariuszy zarządzania roślinnością. W związku z tym ważną częścią projektu będzie analiza dużej ilości danych uzyskanych w trakcie serii eksperymentów znacznikowych, przeprowadzonych dla szerokiego spektrum warunków hydrologicznych i wegetacyjnych. W przeciwieństwie do większości dostępnych badań, które do tej pory były prowadzone głównie w warunkach laboratoryjnych, zwykle ze sztucznymi elementami imitującymi naturalną roślinność, w wybranych konfiguracjach, proponowane badania będą dotyczyły roślinności w złożonych naturalnych warunkach przyrodniczych. Kampanie terenowe w ramach projektu będą pierwszymi planowanymi na tak dużą skalę badaniami terenowymi dla cieków wodnych z naturalną roślinnością. Innowacyjny aspekt tych kampanii terenowych polega na przejściu od eksperymentów laboratoryjnych do warunków rzeczywistych. To znaczący krok naprzód w wypełnianiu luki pomiędzy kontrolowanymi warunkami laboratoryjnymi a złożonością środowiska naturalnego. Wyznaczone parametry będą mogły zostać użyte, między innymi w modelach komputerowych pozwalających na symulację rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń, które dostały się do cieków wodnych w sposób przypadkowy w trakcie awarii, czy w sposób kontrolowany, jak
w przypadku wód po-chłodniczych i ścieków przemysłowych. Dbając o upowszechnienie zebranych zbiorów danych, projekt stworzy również możliwość wykorzystania danych przez innych badaczy. Analizy wpływu roślinności na przepływ mogą być przydatne w przygotowywaniu strategii gospodarowania wodną w zmieniających się warunkach klimatycznych, zwłaszcza dla utrzymania roślinności w kanałach rolniczych. Analizy różnych scenariuszy mogą pomóc w sformułowaniu nowych wytycznych dotyczących utrzymania cieków w tym kanałów rolniczych z uwzględnieniem kompromisów równoważących potrzeby ochrony przeciwpowodziowej z działaniami pro-retencyjnymi i ochroną jakości wody.

Wymiana dwutlenku węgla pomiędzy powierzchnią Ziemi a atmosferą na terenie sadu jabłoniowego – badania pilotażowe

Kierowniczka projektu

dr Izabela Pawlak

izap@igf.edu.pl

Zakład: Fizyki Atmosfery

Wartość projektu: 13 310,00 PLN

Instytucja finansująca: Narodowe Centrum Nauki

Dyscyplina: Nauka o Ziemi

Okres realizacji: 2024-2026

Opis projektu

Wzrost koncentracji gazów cieplarnianych powoduje wzmocnienie efektu cieplarnianego i wzrost średniej temperatury na Ziemi. W świetle obserwowanych zmian klimatycznych pomiary dotyczące wymiany gazowej pomiędzy powierzchnią Ziemi a atmosferą stają się szczególnie istotne. Projekt realizowany we współpracy ze Szkołą Główną Gospodarstwa Wiejskiego ma na celu pomiar strumieni dwutlenku węgla (CO₂) pomiędzy ekosystemem sadu jabłoniowego
a atmosferą przy użyciu metody kowariancji wirów. Wyniki pozwolą określić ilość CO₂, która została pochłonięta lub wyemitowana przez badany ekosystem
i przedstawić jej zmienność w różnych skalach czasowych. Wykorzystując pomiary podstawowych parametrów meteorologicznych możliwe będzie oszacowanie wpływu panujących warunków meteorologicznych na wymianę CO₂ i wskazanie optymalnych wartości poszczególnych elementów warunkujących najwyższe pochłanianie CO₂.

Przekroje czasowe Ediakaru (ENTICE):zastosowanie geochronologii U-Pb wielkich prowincji magmowych do rozwiązania geo- i paleomagnetycznej zagadki Ediakaru

Kierowniczka projektu

dr Dominika Niezabitowska-Śliwka

dniezabitowska@igf.edu.pl

Zakład Magnetyzmu

Wartość projektu: 79 300,00 PLN

Instytucja finansująca: Narodowe Centrum Nauki

Dyscyplina: Nauka o Ziemi

Okres realizacji: 2024-2027

Opis projektu

Przekroje czasowe Ediakaru: zastosowanie geochronologii U-Pb wielkich prowincji magmowych do rozwiązania geo- i paleomagnetycznej zagadki Ediakaru Ediakar to okres w historii Ziemi trwający od ok. 635 do 539 milionów lat temu. Był on prawdopodobnie najbardziej burzliwym okresem naszej planety od czasu wielkiego bombardowania Ziemi przez meteoryty w hadeiku około 4 miliardów lat temu. W ediakarze, Ziemia była kilkakrotnie całkowicie zlodowacona,
a ostatecznemu rozpadowi obecnego wtedy superkontynentu Rodinii, towarzyszyła rozległa aktywność wulkaniczna (magmatyzm). W czasie wylewów
i wybuchów wulkanów, uformowały się tzw. wielkie prowincje magmowe (z ang. Large Igneous Provinces, LIPs). Były one związane z wyjątkowo silnym źródłem ciepła pochodzącym z głębi Ziemi. W tym burzliwym czasie nastąpiło również powstanie życia wielokomórkowego oraz wzrost natlenienia planety do obecnego poziomu atmosferycznego.

Okres ten, zakończył się tak zwanym „biologicznym wielkim wybuchem”, czyli szybkim rozkwitem życia, które miało miejsce na granicy ediakaru i kambru około 539 milionów lat temu. Choć przypuszcza się, że seria ediakarskich zdarzeń, była powiązana z polem magnetycznym Ziemi, usytuowanie biegunów magnetycznych i paleogeografia planety w tym okresie pozostają zagadką. Wyjaśnienia tych powiązań są różnorodne: przypisuje się rolę szybkiej wędrówce płyt kontynentalnych (A), błędnym danym (B), obrotowi planety lub księżyca względem osi obrotu (C), powodującemu zmianę lub „wędrówkę” położenia północnego bieguna geograficznego (z ang. true polar wander), czy też słabemu i zmiennemu polu magnetycznemu (D), powodującemu niedipolowe zachowanie pola magnetycznego. W projekcie zaplanowano kompleksowe badania skał z wielkich prowincji magmowych uformowanych w ediakarze, pochodzących z m.in. CIMP (Central Iapetus Magmatic Province), w celu rozwiązania wspomnianej geo- i paleomagnetycznej zagadki ediakaru. Prekambryjskie (starsze niż 539 milionów lat) wielkie prowincje magmowe (LIP) zostały silnie zniszczone na powierzchni Ziemi i zachowały się głównie
w postaci dajek i silli, czyli ‘kominów’ czy ‘żył’ odprowadzających magmę z wulkanów. Badania systemów dajek i silli dostarczają trzech cennych informacji: kiedy i gdzie powstały, jakie były wtedy warunki panujące w głębi Ziemi (materiał niesiony kominami pochodził z płaszcza Ziemi) oraz jaka była intensywność pola magnetycznego w momencie ich powstania.

Dzięki zastosowaniu geochronologii, termochronologii oraz uzupełniających badań paleomagnetycznych i magnetycznych do badań dajek można określić czas i warunki pola magnetycznego Ziemi, a także paleogeografię kontynentów, czyli ich położenie sprzed 500 milionów lat temu. Pomoże nam to rozwiązać geo-
i paleomagnetyczne zagadnienia ediakaru, jako, że obecnie dostępne fragmentaryczne dane nie pozwalają na rozstrzygnięcie, co działo się w tym czasie na świecie. W ramach tego projektu próbki skalne pochodzące z ediakarskich systemów magmowych, zwanych ‘Central Iapetus’, powstałych ok. 620 – 560 milionów lat temu, zostaną pobrane i kompleksowo zbadane. Dane te umożliwią uporządkowanie zapisu dla okresu ediakaru na podstawie uzyskanych przedziałów czasowych z zapisu LIPu, do których można będzie przypisać dane geochemiczne, paleomagnetyczne i geomagnetyczne. Zapis ten pozwoli nam rozszyfrować i odpowiedzieć na kilka bardzo ważnych pytań:

1. Jakie było rozłożenie fragmentów skorupy Ziemi wokół Oceanu Japetus (oceanu, który istniał między proto-Ameryką Północną a proto-Europą), zanim powstał Ocean Atlantycki?
2. Czy Ziemia doświadczyła w ediakarze zjawiska zmiany położenia północnego i południowego bieguna geograficznego (true polar wander)?
3. Czy słabe i zmienne pole magnetyczne w czasie ediakaru było związane z tworzeniem się stałego jądra wewnętrznego Ziemi?
4. Jaki był związek pomiędzy powyższymi zjawiskami a późniejszą ewolucją środowiskową i biologiczną planety?

Na skrzyżowaniu: Pozycja paleogeograficzna Wzgórz Bungera, Antarktyda Wschodnia

Kierowniczka projektu

prof. dr hab. Monika Kusiak

monika.kusiak@igf.edu.pl

Zakład: Badań Polarnych i Morskich

Wartość projektu: 5 237 460,00 PLN

Instytucja finansująca: Narodowe Centrum Nauki

Dyscyplina: Nauka o Ziemi

Okres realizacji: 2024-2029

Opis Projektu:

Celem projektu jest ustalenie, do którego z dawnych kratonów należą Wzgórza Bungera (Antarktyda Wschodnia): Yilgarn, Mawson czy indoantarktyckiego. Rozstrzygnięcie tego sporu ma kluczowe znaczenie dla rekonstrukcji ewolucji superkontynentów Gondwany (ok. 500 mln lat temu) i Rodinii (ok. 1 mld lat temu).

Wzgórza Bungera, będące największym obszarem wolnym od lodu w Antarktyce Wschodniej i miejscem Polskiej Stacji Antarktycznej im. A.B. Dobrowolskiego, stanowią wyjątkowe laboratorium do badań procesów kolizji kontynentów, wielkoskalowego magmatyzmu oraz interakcji litosfery z płaszczem.

Projekt zakłada zintegrowane badania geochemiczne, geochronologiczne i geofizyczne obejmujące Antarktydę Wschodnią, Australię Zachodnią i Półwysep Indyjski. Realizowany będzie przez międzynarodowy zespół z Polski, Australii, Indii, Norwegii i Wielkiej Brytanii. Wyniki pozwolą na pierwsze tak kompleksowe opracowanie relacji paleogeograficznych tego regionu i dostarczą unikalnych danych do globalnych rekonstrukcji tektonicznych.

Wpływ globalnego ocieplenia na krętość dużych rzek

Kierownik projektu

dr hab. Michael Nones

mnones@igf.edu.pl

Zakład: Hydrologii i Hydrodynamiki

Wartość projektu: 1 565 260,00 PLN

Instytucja finansująca: Narodowe Centrum Nauki

Dyscyplina: Nauka o Ziemi

Okres realizacji: 2024-2028

Opis projektu

Wykorzystując bezpłatne zdjęcia satelitarne przetwarzane za pomocą Google Earth Engine, projekt ten ma na celu zbadanie wpływu globalnego ocieplenia na duże rzeki, analizując zmiany w ich krętości oraz rozwój roślinności nadbrzeżnej w obrębie ich brzegów.

Ponieważ boczna migracja koryt rzecznych umożliwia połączenie głównej rzeki z jej terenami zalewowymi, ostatecznie kontrolując osadzanie się osadów
i zasoby węgla poza głównym nurtem, zmniejszenie krętości rzek może mieć negatywny wpływ na bilans gazów cieplarnianych na Ziemi poprzez konkurencyjne skutki wietrzenia krzemianów i degradacji materii organicznej w warunkach ocieplającego się klimatu.

Dotychczasowe badania korelujące zmiany krętości rzek z klimatem ograniczają się do regionów zimnych, ponieważ regiony te są bardziej wrażliwe na zmiany klimatu i doświadczają szybszego tempa ocieplenia. Jednak nadal brakuje globalnego zbioru danych dotyczących zmian krętości rzek, a obecny projekt wypełni tę lukę w wiedzy poprzez analizę dużych cieków wodnych płynących we wszystkich szerokościach geograficznych.

Modelowanie topnienia podpowierzchniowego w obszarach niebieskiego lodu lodowcowego

Kierownik projektu

dr hab. Michał Pętlicki

petlicki@igf.edu.pl

Zakład Hydrologii i Hydrodynamiki

Wartość projektu: 527 782,00 PLN

Instytucja finansująca: Narodowe Centrum Nauki

Dyscyplina: Nauka o Ziemi

Okres realizacji: 2024-2028

Opis projektu

Głównym celem tego projektu badawczego jest określenie roli wewnętrznego efektu cieplarnianego pod powierzchnią lodu w procesie ablacji lodu lodowcowego. To zjawisko, które zostało wcześniej zbadane jedynie w niewielkim stopniu, wydaje się mieć znaczący wpływ na bilans masy stref niebieskiego lodu lodowcowego (BIA), charakterystycznych dla Lądolodu Antarktydy. Jednym z głównych poruszanych zagadnień będzie wpływ nierówności powierzchni
i obecności materiału skalnego na lokalne nasilenie pochłaniania promieniowania słonecznego, kluczowy czynnik w procesie ablacji a tym samym bilansu masy lodowców. Aby odpowiedzieć na te pytania, zastosowane zostanie wieloaspektowe podejście, wykorzystujące połączenie zaawansowanych technik
i metod badawczych. Istotną rolę odegra modelowanie matematyczne, umożliwiające opracowanie szczegółowych symulacji wewnętrznego efektu cieplarnianego pod powierzchnią lodu. Jego wyniki poddane zostaną weryfikacji poprzez porównanie z wynikami satelitarnych pomiarów lidarowych (ICESat-2).

Ponadto wykorzystane będą algorytmy uczenia maszynowego do analizy i interpretacji złożonych zestawów danych, pomagając w klasyfikacji zobrazowań satelitarnych oraz optymalizacji modeli. Głównym obszarem badań będą strefy ablacji lodowców znajdujących się w pobliżu Polskiej Stacji Antarktycznej im. Dobrowolskiego, usytuowanej w Oazie Bungera we Wschodniej Antarktydzie. Obszar ten jest niezwykle istotny z punktu widzenia polskiego zaangażowania
w badania polarne ze względu na rewitalizację Stacji oraz ponowne rozpoczęcie polskiej działalności badawczej w tym regionie.

Meteorologiczne i geofizyczne predyktory epizodów wysokich oraz ekstremalnych koncentracji zanieczyszczeń atmosferycznych

Kierownik projektu

dr Artur Szkop

aszkop@igf.edu.pl

Zakład Fizyki Atmosfery

Wartość projektu: 599 020,00 PLN

Instytucja finansująca: Narodowe Centrum Nauki

Dyscyplina: Nauka o Ziemi

Okres realizacji: 2024-2027

Opis projektu

Europa Środkowa doświadcza poważnych, powtarzających się i często długotrwałych epizodów smogu. Tak powszechne występowanie cząstek aerozoli
w powietrzu blisko powierzchni ziemi wpływa negatywnie na zdrowie jednostek oraz ogólne samopoczucie społeczeństwa. Wiarygodne prognozowanie takich zjawisk mogłoby umożliwić łagodzenie ich negatywnych skutków, jednak wymaga to dogłębnego zrozumienia powiązań między źródłami aerozoli a ich pionową strukturą, jak również lokalną cyrkulacją atmosferyczną i jej zmiennością oraz zdolnością modeli do odwzorowania tych interakcji.

Dokładność dostępnych prognoz zanieczyszczenia powietrza jest ograniczona, głównie z powodu braków w obserwacjach oraz ograniczonego zrozumienia interakcji między lokalną cyrkulacją a powstawaniem zjawisk smogowych. W niniejszym projekcie proponujemy spójne i kompleksowe obserwacje lokalnego środowiska oraz jego zmienności, aby wypełnić lukę obserwacyjną i zbadać lokalne sprzężenia zwrotne między epizodami wysokiego stężenia aerozoli
a zmiennością lokalnej cyrkulacji.

W ramach projektu postulujemy, że możliwe jest zidentyfikowanie lokalnych predyktorów zjawisk smogowych bez konieczności bezpośredniego modelowania numerycznego aerozoli, co może zwiększyć wiarygodność prognoz zanieczyszczenia powietrza.

Erozja klifów wzdłuż skalistych wybrzeży Bałtyku: obserwacje, rekonstrukcje, predykcje

Kierowniczka projektu

dr Zuzanna Świrad

zswirad@igf.edu.pl

Zakład: Badań Polarnych i Morskich

Wartość projektu: 996 970,00 PLN

Instytucja finansująca: Narodowe Centrum Nauki

Dyscyplina: Nauka o Ziemi

Okres realizacji: 2024-2027

Opis projektu

Pomimo gęstego zaludnienia, rozwiniętej infrastruktury i turystyki, klify Morza Bałtyckiego wycięte w skałach litych doczekały się niewielu opracowań. Globalna baza danych tempa cofania klifów zawiera jedynie jedną publikację skupiającą się na bałtyckich wybrzeżach skalistych, która w dodatku bazuje na pomiarze tempa cofania kilku klifów na podstawie zmian odległości budynków od korony klifu. Takie podejście uniemożliwia zaobserwowanie stopniowej lub epizodycznej dynamiki, zrozumienie mechanizmów erozji, identyfikację czynników kontrolujących oraz przewidzenie przyszłych zmian w skali odpowiedniej dla zarządzania obszarami nadmorskimi. Ogólnie, brak jest wysokorozdzielczych danych topograficznych i badan łączących różne skale, które pozwoliłyby na lepsze zrozumienie dynamiki wybrzeży skalistych. W projekcie staramy się odpowiedzieć na następujące pytania:  Jak wyglądają wybrzeża skaliste Bałtyku? Jakie czynniki kontrolują współczesne tempo erozji? Jak zidentyfikowane zależności wpisują się kontekst globalny i długookresowy?

Poprawa jakości obrazowania sejsmicznego poprzez uwzględnienie fal wielokrotnych odbitych od powierzchni w procesie migracji głębokościowej

Kierowniczka projektu

dr Toktam Zand

tzand@igf.edu.pl

Zakład: Obrazowania Geofizycznego

Wartość projektu: 190 320,00 PLN

Instytucja finansująca: Narodowe Centrum Nauki

Dyscyplina: Nauka o Ziemi

Okres realizacji: 2024-2027

fot. Przekrój 2D schematu promieni sejsmicznych. Czarne linie ciągłe pokazują promienie bezpośrednie i odbicia pierwotne. Linie przerywane pokazują fale odbijające się od powierzchni, powracające do gruntu i powracające na powierzchnię, dostarczając więcej informacji z pod ziemi.

Opis projektu

Uzyskiwanie dokładnych obrazów wnętrza Ziemi ma kluczowe znaczenie w wielu istotnych obszarach, takich jak prognozowanie trzęsień ziemi, ocena zagrożeń, konstrukcja budowli oraz poszukiwanie zasobów naturalnych. Technologia obrazowania sejsmicznego oferuje skuteczny, nieinwazyjny sposób na zajrzenie pod powierzchnię Ziemi bez potrzeby kopania czy wiercenia.

W tym innowacyjnym projekcie przedstawiamy nową metodę obrazowania, która poprawia jakość obrazów podziemnych struktur, a jednocześnie pozwala znacznie obniżyć koszty produkcji. Jest to możliwe dzięki odpowiedniemu wykorzystaniu fal sejsmicznych, które odbijają się od powierzchni Ziemi, wracają do wnętrza i ponownie docierają na powierzchnię, sygnałów, które są często pomijane przez tradycyjne metody.

Badanie mechanizmu transportu odpadów makroplastiku w potoku z roślinnością

Kierownik projektu

dr Łukasz Przyborowski

lprzyborowski@igf.edu.pl

Zakład Hydrologii i Hydrodynamiki

Wartość projektu: 589 992,00 PLN

Instytucja finansująca: Narodowe Centrum Nauki

Dyscyplina: Nauka o Ziemi

Okres realizacji: 2024-2027

fot. Łukasz Przyborowski (IGF PAN), Anna Łoboda (IGF PAN), Zuzanna Cuban (IBW PAN)

Opis projektu

Projekt we współpracy z Instytutem Budownictwa Wodnego PAN oraz Politechniką Gdańską, obejmuje kompleksowe badanie procesu transportu plastiku
w rzekach. Wykonywane są pomiary in situ i monitoring w potoku porośniętym roślinnością oraz eksperymenty w pełnej skali w kontrolowanym kanale laboratoryjnym. Dane z tych pomiarów zostaną następnie wykorzystane do przygotowania i ewaluacji modelu matematycznego i symulacji numerycznych transportu plastiku.

Ziemskie dynamo magnetyczne generowane przez nierównowagowe oddziaływania fal w turbulentnym przepływie

Kierownik projektu

dr hab. Krzysztof Mizerski

kamiz@igf.edu.pl

Zakład: Magnetyzmu

Wartość projektu: 1 244 000,00 PLN

Instytucja finansująca: Narodowe Centrum Nauki

Dyscyplina: Nauka o Ziemi

Okres realizacji: 2024-2028

fot. Wewnętrzna struktura Ziemi i dynamo w płynnym jądrze

Opis projektu

Celem projektu jest odrzucenie dotychczas powszechnie stosowanych uproszczeń polegających na rozważaniu statystycznie stacjonarnego i jednorodnego turbulentnego pola falowego i zastosowanie nierównowagowych mechanizmów generacji pola magnetycznego przez przepływ turbulentny do teorii dynama geomagnetycznego. Mechanizmy te bazują na superpozycji fal magnetohydrodynamicznych o różnych prędkościach fazowych, czyli efekcie dudnień, które prowadzą do szybkiego wzmocnienia energii wielkoskalowego pola magnetycznego, a także do powolnych zmian w czasie siły elektromotorycznej oraz turbulentnej magnetycznej dyfuzyjności. W konsekwencji  dostarczają interesującego i potencjalnie obiecującego wyjaśnienia procesu wycieczek oraz inwersji biegunów geomagnetycznych.

Wyniki projektu mogą zatem pomóc zrozumieć fizykę procesu inwersji geomagnetycznych znanych z paleomagnetyzmu oraz dostarczyć bardzo przydatny obraz fizycznego procesu turbulentnego, który mógłby być odpowiedzialny za obserwowane długoczasowe zmiany pola geomagnetycznego.

Zastosowanie nowatorskich metod pomiarowych w celu poprawy opisu i modelowania suszy

Kierowniczka projektu

dr Emilia Karamuz

emikar@igf.edu.pl

Zakład Hydrologii i Hydrodynamiki

Wartość projektu: 11 836,00 PLN

Instytucja finansująca: Narodowe Centrum Nauki

Dyscyplina: Nauka o Ziemi

Okres realizacji: 2023-2025

Opis projektu

W proponowanym projekcie zostanie poddana analizie przydatność zastosowania nowych metod pomiarowych do przestrzennej charakterystyki warunków wilgotnościowych zlewni Świdra, ze szczególnym uwzględnieniem okresów z pogłębiającym się deficytem wilgoci w zlewni prowadzących do rozwoju suszy glebowej. Poznanie krótkookresowych mechanizmów kontrolujących stopień rozwoju i zaniku niekorzystnych warunków wilgotnościowych stanowi bardzo ważny aspekt w zrozumieniu zjawiska suszy rolniczej szczególnie jej nagłego rozwoju, intensyfikacji i propagacji. Zastosowanie innowacyjnego podejścia polegającego na asymilacji danych naziemnych z obrazowaniami z Bezzałogowych Statków Powietrznych (BSP) pozwoli na dokładniejszą analizę dynamiki suszy glebowej.

Ocena zmian warunków wilgotnościowych jest bardzo aktualną tematyką badawczą i wpisuje się w główny nurt prowadzonych oraz publikowanych badań. Uwilgotnienie gleby ma kluczowe znaczenie dla funkcjonowania naturalnych i rolniczych ekosystemów przyrodniczych. Niestety oszacowanie zmian tego elementu jest znacznie utrudnione. Dostęp do danych uwilgotnienia gleby jest bardzo ograniczony. Nie prowadzi się stałego monitoringu tego wskaźnika
a dane z symulacji modeli obarczone są dużą niepewnością, szczególnie przy rozpatrywaniu warunków lokalnych.

Lokalne oddziaływania atmosfery i oceanu w ciągu dnia w różnych cyrkulacjach mezoskalowych

Kierownik projektu

dr Dariusz Baranowski

dbaranowski@igf.edu.pl

Zakład Fizyki Atmosfery

Wartość projektu: 1 545 400,00 PLN

Instytucja finansująca: Narodowe Centrum Nauki

Dyscyplina: Nauka o Ziemi

Okres realizacji: 2023 – 2027

Opis projektu

Interakcje na styku atmosfery i oceanu są fundamentalnym elementem systemu klimatycznego Ziemi i mają istotne konsekwencje dla ekosystemów. Dobowe zmiany lokalnej wymiany między atmosferą a oceanem wpływają na oba środowiska i przekształcają się w procesy o większej skali poprzez oddziaływanie z cyrkulacją mezoskalową. Dlatego takie lokalne procesy mogą mieć wpływ na ewolucję wzorców pogodowych.

Jednocześnie modele pogodowe mają trudności z realistycznym odwzorowaniem dobowych zmian na styku atmosfery i oceanu. Wynika to z luk w naszym zrozumieniu mechanizmów fizycznych stojących za tymi interakcjami, co z kolei jest efektem rzadkości skorelowanych, wiarygodnych pomiarów 
w sprzężonym środowisku atmosferyczno-oceanicznym, obejmujących obszar styku powietrza i morza.

Efektywna Optymalizacja Zagadnień Inwersyjnych związanych z Obrazowaniem Sejsmicznych opartym na Pełnym Polu Falowym

Kierownik projektu

prof. Ali Gholami

agholami@igf.edu.pl

Zakład Obrazowania Geofizycznego

Wartość projektu: 2 003 010,00 PLN

Instytucja finansująca: Narodowe Centrum Nauki

Dyscyplina: Nauka o Ziemi

Okres realizacji: 2023-2027

Opis projektu

Optymalizacja z ograniczeniami PDE stanowi podstawę nowoczesnych metod obrazowania falowego – od ultrasonografii medycznej po obrazowanie sejsmiczne w naukach o Ziemi i środowisku. Problemy te są jednak wyjątkowo złożone: funkcje celu są niewypukłe, dane i modele mają ogromną wymiarowość, a tradycyjne metody optymalizacji często prowadzą do lokalnych minimów i zniekształconych wyników.

Metody Newtona oferują największy potencjał, ale ich pełne zastosowanie jest zbyt kosztowne obliczeniowo. Dlatego w praktyce wykorzystuje się uproszczone algorytmy, które działają dobrze tylko w sprzyjających warunkach – przy wysokiej jakości danych i modeli początkowych. Niestety, w rzeczywistych zastosowaniach zwykle brakuje pełnych danych, a modele startowe są niedokładne, co dodatkowo potęguje trudności optymalizacyjne.

Rekonstrukcja ewolucji skorupy kontynentalnej na przykładzie skał z Zatoki Amundsena, Antarktyda Wschodnia

Kierownik projektu

dr Piotr Król

piotr.krol@igf.edu.pl

Zakład Magnetyzmu

Wartość projektu: 209 657,00 PLN

Instytucja finansująca: Narodowe Centrum Nauki

Dyscyplina: Nauka o Ziemi

Okres realizacji: 2023-2026

Opis projektu

Projekt dotyczy rekonstrukcji ewolucji skorupy kontynentalnej Wschodniej Antarktydy w przedziale 3.3–2.5 mld lat temu, na przykładzie skał z Zatoki Amundsena, należących do Kompleksu Napier. Badania obejmują datowanie oraz analizy izotopowe minerałów akcesorycznych, głównie cyrkonów, oraz analizy chemiczne skał, co pozwoli odtworzyć warunki i czas powstawania oraz przeobrażenia tychże skał. Celem projektu jest przetestowanie hipotezy
o istnieniu odrębnych jednostek geologicznych w obrębie kompleksu. Okres 3.3-2.5 mld lat temu to czas fundamentalnych zmian na Ziemi — przypuszcza się, że właśnie wtedy mogła zacząć funkcjonować wczesna forma tektoniki płyt, zbliżona do tej, która działa dziś. Projekt ten może zatem dostarczyć cennych danych do zrozumienia procesów geodynamicznych kształtujących młodą Ziemię.

Ocena analizy czasoprzestrzennej podobnych wstrząsów oraz estymacji ich statycznych spadków naprężeń jako ogólnego narzędzia do identyfikacji i opisu głównych stref sejsmogenicznych we wspomaganych systemach geotermalnych

Kierowniczka projektu

mgr inż. Monika Staszek

mstaszek@igf.edu.pl

Zakład Sejsmologii

Wartość projektu: 136 640,00 PLN

Instytucja finansująca: Narodowe Centrum Nauki

Dyscyplina: Nauka o Ziemi

Okres realizacji: 2023-2026

Opis projektu

Wstrzykiwanie wody do podziemnych zbiorników geotermalnych może prowadzić do powstawania wstrząsów sejsmicznych, które w niektórych przypadkach osiągają destrukcyjne rozmiary. Zrozumienie, jak rozwija się sieć spękań w trakcie takich działań, jest kluczowe dla kontroli sejsmiczności. Nasz projekt sprawdza, czy analiza wielokrotnych zdarzeń sejsmicznych w czasie i przestrzeni oraz obliczanie spadku naprężeń mogą być skuteczną metodą identyfikacji struktur podziemnych i stref największego ryzyka.

Badania obejmują trzy różne środowiska geotermalne: w Finlandii, w Kalifornii Północnej i w Kalifornii Południowej – od prostych po najbardziej złożone warunki tektoniczne. Analizy pozwolą określić, czy ta metoda może być stosowana uniwersalnie w różnych warunkach geologicznych.

Oczekujemy, że wyniki przyczynią się do lepszego prognozowania i kontroli sejsmiczności indukowanej, co ma duże znaczenie dla bezpieczeństwa i rozwoju energii geotermalnej. Projekt ma także duże znaczenie praktyczne dla oceny ryzyka w regionach, które planują rozwój geotermii, w tym w Polsce. Rezultaty zostaną opublikowane w międzynarodowych czasopismach naukowych i przedstawione podczas konferencji sejsmologicznych.

Ekstremalne zjawiska pogodowe na terenie Archipelagu Malajskiego. Perspektywa fal tropikalnych, oddziaływań atmosfera-ocean i zmienności wewnątrzsezonowej

Kierownik projektu

dr Dariusz Baranowski

dbaranowski@igf.edu.pl

Zakład Fizyki Atmosfery

Wartość projektu: 1 570 000,00 PLN

Instytucja finansująca: Narodowe Centrum Nauki

Dyscyplina: Nauka o Ziemi

Okres realizacji: 2023 – 2026

Opis projektu

Współczesne zarządzanie ekstremalnymi opadami deszczu oraz związanymi z nimi zagrożeniami naturalnymi, takimi jak powodzie i osunięcia ziemi, w dużej mierze zależy od prognoz pogody, które są wiarygodne przez dłuższy czas. Znaczna część przewidywalności globalnych wzorców pogodowych wiąże się
z zjawiskami tropikalnej cyrkulacji. W przypadku aktywności i organizacji konwekcji w tropikach oraz związanych z nią ekstremalnych opadów, szczególną rolę odgrywają fale tropikalne i zmienność subsezonowa w atmosferze i oceanie.

Maritime Continent (MC) – kluczowy obszar aktywności fal tropikalnych – to mieszanka wysp i mórz w obrębie Indo-Pacyficznej „Ciepłej Kałuży” w Azji Południowo-Wschodniej. Większość tego obszaru znajduje się w granicach państw stosunkowo biednych i rozwijających się: Indonezji, Malezji, Papui-Nowej Gwinei i Filipin. Jest to prawdopodobnie najważniejszy region w globalnym systemie pogodowym i klimatycznym, jeśli chodzi o wpływ na zmienność atmosferyczną w skali od subsezonowej do dekadowej. Jest to również region o najwyższych opadach na Ziemi. Mieszkańcy tego obszaru należą do najbardziej narażonych na negatywne skutki ekstremalnych opadów, takich jak powodzie i osunięcia ziemi.

Opady w regionie MC są napędzane przez bardzo silny dobowy cykl lokalnej konwekcji, który prowadzi do powstawania głębokich chmur konwekcyjnych niemal codziennie. Jednak przestrzenna organizacja i ilość opadów związanych z tymi chmurami są zmienne, a mechanizmy stojące za tymi zjawiskami pozostają słabo poznane. W rezultacie subsezonowa przewidywalność ekstremalnych opadów nie jest jeszcze w pełni wykorzystywana.

Dlatego szczególnym zainteresowaniem tego projektu są zjawiska atmosferyczne związane z ekstremalnymi opadami oraz ich zmienność wynikająca
z propagujących się trybów tropikalnej cyrkulacji i interakcji atmosfera–ocean. Główny nacisk kładziony jest na fizyczne mechanizmy tych zjawisk, mechanizmy odpowiedzialne za lokalne i wielkoskalowe interakcje oraz przewidywalność opartą na dostępnych obserwacjach.

Dostrzegając niewidoczne. Sztuka przetrwania Pb w minerałach

Kierowniczka projektu

prof. dr hab. inż. Monika Kusiak

monika.kusiak@igf.edu.pl

Zakład Badań Polarnych i Morskich

Wartość projektu: 1 895 330,00 PLN

Instytucja finansująca: Narodowe Centrum Nauki

Dyscyplina: Nauka o Ziemi

Okres realizacji: 2023-2026

Opis projektu

W ostatnich latach gwałtownie wzrosło zapotrzebowanie na precyzyjne datowania geologiczne. Jednym z kluczowych minerałów w geochronologii jest cyrkon (ZrSiO₄), w którym zakłada się, że całość ołowiu pochodzi z rozpadu U i Th. Najnowsze badania pokazują jednak, że w warunkach metamorfizmu radiogeniczny Pb może ulegać mobilizacji i sekwestracji w formie nanoinkluzji w przebudowanym cyrkonie.

Celem projektu jest zrozumienie procesów odpowiedzialnych za redystrybucję ołowiu w cyrkonie oraz ocena, jak powszechne jest to zjawisko. Badania skupiają się m.in. na pytaniach:

• czy nanoinkluzje Pb występują również tam, gdzie standardowe pomiary nie wykazują anomalii,
• czy ich obecność jest powiązana z tzw. „niewspieranym Pb”,
• jak powstają nanoinkluzje w obwódkach cyrkonu – poprzez migrację czy zastępowanie strukturalne.

Rezultaty pozwolą lepiej zrozumieć mechanizmy retencji radiogenicznego Pb i zwiększą wiarygodność interpretacji danych geochronologicznych w złożonych warunkach geologicznych.

Wpływ pamięci i nieliniowości na zachowanie się wartości ekstremalnych w geofizycznych szeregach czasowych z długą persystencją o skończonym zasięgu

Kierownik projektu

prof. dr hab. Zbigniew Czechowski

zczech@igf.edu.pl

Zakład Geofizyki Teoretycznej

Wartość projektu: 296 400,00 PLN

Instytucja finansująca: Narodowe Centrum Nauki

Dyscyplina: Nauka o Ziemi

Okres realizacji: 2023-2026

Opis projektu

Zjawiska ekstremalne w przyrodzie objawiają się w postaci: powodzi, susz, huraganów, nawałnic, trzęsień ziemi; i niestety często powodują klęski żywiołowe. Oprócz tego typu naturalnych sytuacji kryzysowych bardzo ważne są kryzysy o charakterze ekonomicznym i finansowym, jak np. znacząca recesja gospodarcza czy bessa na giełdzie. W celu zrozumienia procesów naturalnych lub ekonomicznych prowadzi się rejestracje pewnych charakterystycznych wielkości, m.in. temperatury, opadów, prędkości wiatru, poziomu wody w rzekach oraz wskaźników giełdowych i ekonomicznych. Takie rejestracje tworzą szeregi czasowe, czyli ciągi liczb indeksowanych czasem pomiaru. Wartości ekstremalne (krócej – ekstrema) w szeregach czasowych są widoczne jako zdarzenia przekraczające pewien umowny poziom wielkości. Badaniem zachowania się ekstremów w szeregach czasowych zajmuje się statystyka i nauki pokrewne.

Obecna wiedza dotycząca zachowania się ekstremów w szeregach czasowych jest duża, ale ciągle niewystarczająca w celu zastosowania do rzeczywistych rejestracji. Teoria Wartości Ekstremalnych jest zbudowana na założeniu, że szeregi czasowe są utworzone z nieskorelowanych wartości. Późniejsze prace, oparte głównie na analizie numerycznej, rozszerzyły tą wiedzę na przypadki liniowych szeregów z korelacjami (pamięcią) o zasięgu nieskończonym. Natomiast wiele naturalnych szeregów charakteryzuje się nieliniowością i długą pamięcią, ale o skończonym zasięgu.

Celem niniejszego projektu jest rozszerzenie wiedzy o zachowaniu się ekstremów w szeregach czasowych o cechach zbliżonych do tych, obserwowanych
w rejestracjach zjawisk geofizycznych. Należy to do podstawowych zadań geofizyki teoretycznej, której rolą jest budowa nowych modeli matematycznych
i fizycznych, oraz procedur numerycznych dedykowanych procesom geofizycznym. Do realizacji takiego zamierzenia skonstruowany zostanie odpowiedni model matematyczny, który będzie wykorzystany do generacji szeregów o wymaganych własnościach. Badanie zależności pomiędzy nieliniowością modelu
i jego pamięcią a zachowaniem się ekstremów będzie prowadzone za pomocą symulacji numerycznych.

Dzięki temu, że wyprowadzona zostanie procedura rekonstrukcji tego modelu z danych, to wyniki otrzymane z danych syntetycznych będą mogły być skonfrontowane z wynikami z danych geofizycznych. Umożliwi to wykorzystanie uzyskanej wiedzy teoretycznej do analizy naturalnych, ekonomicznych
i społecznych zjawisk ekstremalnych. Kolejną korzyścią z posiadania odpowiedniego matematycznego modelu szeregów czasowych jest możliwość prognozowania zjawisk ekstremalnych za pomocą probabilistycznej funkcji przejścia, którą da się wówczas wyznaczyć poprzez parametry modelu. Wynikiem projektu będzie stworzenie stochastycznego nieliniowego modelu szeregów czasowych cechujących się długą pamięcią o skończonym zasięgu, który będzie
w stanie prawidłowo opisywać zachowanie się wartości ekstremalnych w danych naturalnych, a także pozwoli na ich prognozowanie. Opracowane procedury numeryczne zostaną wykorzystane do analizy i modelowania wybranych geofizycznych (meteorologicznych, hydrologicznych i sejsmologicznych) szeregów czasowych. Prawidłowa ocena ryzyka sytuacji kryzysowych umożliwi zredukowanie możliwych strat społecznych i ekonomicznych.

Sejsmiczne obrazowanie i monitorowanie zmian środowiskowych w strukturze wielkoskalowych sztucznych i naturalnych obiektów

Kierownik projektu

prof. dr hab. Mariusz Majdanski

mmajd@igf.edu.pl

Zakład Obrazowania Geofizycznego

Wartość projektu: 1 561 548,00 PLN

Instytucja finansująca: Narodowe Centrum Nauki

Dyscyplina: Nauka o Ziemi

Okres realizacji: 2023-2027

Opis projektu

Celem naukowym projektu jest obrazowanie i monitorowanie zmian czasowych w strukturze wewnętrznej wielkoskalowych krytycznych obiektów ziemnych za pomocą najnowocześniejszych technologii i metod sejsmologicznych.

W projekcie chcielibyśmy wykorzystać najnowocześniejsze metody sejsmiczne do zobrazowania zmian czasowych w trzech obiektach o różnej skali związanych z cyrkulacją wody w środowisku: zaporę ziemną o dużej skali, masywne wolno poruszające się naturalne osuwisko oraz duży wał przeciwpowodziowy. Ponadto chcielibyśmy zaproponować nową metodologię, która łączy różne metody geofizyczne i daje w każdym przypadku jak najdokładniejszy obraz struktury wewnętrznej.

Pomiar zmian środowiska przy użyciu aktywnych metod geofizycznych nie jest nowością w skali globalnej. Jednak pomysł wykorzystania najnowszych technik sejsmicznych w badaniach poklatkowych pozwoli zobrazować efekt zmian klimatycznych w Polsce i ich wpływu na strefy krytyczne. Obecnie wiele zespołów badawczych bada zmiany związane z klimatem w regionach polarnych, gdzie można je łatwo zaobserwować. Ponadto szeroko zakrojone są wysiłki na rzecz monitorowania zagrożeń naturalnych w Europie. Dzięki niedawnym postępom w akwizycji o dużej gęstości i zaawansowanym technikom interpretacji danych, możliwe jest badanie tych zmian w miejscach, w których amplituda czynników związanych z klimatem jest mniejsza lub wolniejsza. Ze względu na bezprecedensową dokładność obrazowania, dzięki wysokorozdzielczym technikom sejsmicznym, nawet na dużych głębokościach z dużą precyzją można zaobserwować najmniejsze zaburzenia w strukturze pod powierzchnią Ziemi. Ogólna jakość danych znacznie przewyższa każdą wcześniej stosowaną technikę i zapewnia nowy wgląd w strukturę infrastruktury krytycznej i strefy zagrożenia naturalnego. Co więcej, te nieinwazyjne techniki mogą być stosowane w krytycznych i chronionych obiektach i nie powodować dalszej dewastacji. Dodatkowo nasze badanie będzie pierwszym w Polsce, które będzie wykorzystywało system kabli światłowodowych, który jest najnowszym osiągnięciem w zakresie obrazowania struktur podpowierzchniowych. Podobne systemy będą wykorzystywane do badania problemów środowiskowych w kolejnych latach, dlatego niezbędne jest oszacowanie ich ograniczeń i możliwości w takich badaniach.

FLOURISH – Wpływ ewolucji lodowców na dostawę składników pokarmowych i metabolizm węgla

Kierownik projektu

dr Maciej Bartosiewicz

maciej.bartosiewicz@igf.edu.pl

Zakład Badań Polarnych i Morskich

Wartość projektu: 206 424,00 PLN

Instytucja finansująca: Narodowe Centrum Nauki

Dyscyplina: Nauka o Ziemi

Okres realizacji: 2021-2026

Opis projektu

Jeziora i ich osady denne to naturalne bioreaktory, w których zachodzi intensywne przetwarzanie materii organicznej, skutkujące emisją do atmosfery CO₂, CH₄ i N₂O – trzech kluczowych gazów cieplarnianych. W warunkach szybkich zmian klimatu jeziora arktyczne i alpejskie mogą działać zarówno jako źródła, jak i pochłaniacze tych gazów, w zależności od procesów sezonowych i hydrologicznych.

Celem projektu jest określenie zmienności stężeń gazów cieplarnianych w wybranych jeziorach Svalbardu, Norwegii i Szwajcarii oraz identyfikacja mechanizmów odpowiedzialnych za te zmiany. Badania obejmą m.in.:

• wpływ ocieplenia i skracania okresu zlodzenia,
• znaczenie ekstremalnych dopływów materii organicznej,
• skutki zwiększonej produkcji pierwotnej i dopływu składników mineralnych.

Uzyskane wyniki pozwolą lepiej przewidywać reakcje jezior na zmiany klimatu oraz ocenić ich rolę w globalnym bilansie gazów cieplarnianych. Projekt ma znaczenie nie tylko dla nauki, ale także dla tworzenia międzynarodowych strategii klimatycznych

Badania ablacji lodowców przez cielenie oraz typów cieleń poprzez nowatorskie połączenie metod akustycznych i optycznych

Kierownik projektu

dr hab. Oskar Głowacki

oglowacki@igf.edu.pl

Zakład Badań Polarnych i Morskich

Wartość projektu: 920 654,00 PLN

Instytucja finansująca: Narodowe Centrum Nauki

Dyscyplina: Nauka o Ziemi

Okres realizacji: 2022-2025

Opis projektu

Projekt jest odpowiedzią na rosnącą potrzebę lepszego zrozumienia oraz monitorowania reakcji lodowców uchodzących do morza na postępujące zmiany klimatu. Wzrost poziomu oceanów wywołany topnieniem lodu może wkrótce zmusić do przesiedlenia prawie 200 milionów ludzi zamieszkujących wybrzeża. Ponadto, dostawa słodkiej wody z lodowców ma duży wpływ na globalną wymianę ciepła oraz obieg ważnych składników pokarmowych. Dlatego tak istotne jest badanie zaniku lodowców na dwa sposoby: poprzez krótkoterminowe eksperymenty oraz długoterminowy monitoring.

Niestety, wykonywanie pomiarów w trudno dostępnych zatokach lodowcowych jest zadaniem skomplikowanym i niebezpiecznym. Bryły lodu wielkości budynków odrywające się od lodowca w procesie nazywanym cieleniem stanowią poważne zagrożenie dla badaczy. W związku z tym pomiary muszą być prowadzone z bezpiecznej odległości. Powszechnie stosuje się metody satelitarne, jednak mają one bardzo istotne ograniczenia. Lodowce przemieszczają się w stronę morza niczym rzeki lodu, zatem prędkość ich ruchu musi być uwzględniona przy monitoringu zmian pozycji klifu lodowego. Zdjęcia satelitarne wykonywane zwykle w odstępie kilku dni lub większym nie pozwalają na obserwacje poszczególnych cieleń i dokładne oszacowanie prędkości lodowca. Ponadto, wiele zdjęć uzyskiwanych w trakcie nocy polarnej lub przy dużym zachmurzeniu jest całkowicie bezużyteczna. Kluczowe znaczenie ma więc rozwój, zastosowanie i połączenie innowacyjnych technik badania oraz monitoringu lodowców uchodzących do morza.

W projekcie wykorzystane zostaną nowatorskie metody akustyki podwodnej, które polegają na rejestracji oraz analizie dźwięków generowanych w wodzie. Dotychczasowe badania wykazały, że dźwięki brył lodowych odrywających się od lodowca i wpadających do morza mogą być wykorzystane do określania ubytku lodu przez cielenie. Korzystając z tej wiedzy, a także wspierając metody akustyczne m. in. nowoczesnymi pomiarami laserowymi oraz oceanograficznymi, projekt ma na celu odpowiedzenie na dwa bardzo istotne pytania:

• Jaki jest wpływ różnych mechanizmów cielenia na ubytek masy lodowców w zależności
  od zmiennych warunków środowiskowych?
• Czy akustyka podwodna wsparta metodami optycznymi może odegrać kluczową rolę w procesie monitorowania ubytku masy lodowców przez cielenie?

Trzy lodowce uchodzące do morza w pobliżu Polskiej Stacji Polarnej Hornsund na Spitsbergenie będą badane w sposób ciągły przez niemal dwa lata.
W projekcie po raz pierwszy zostaną wykorzystane zestawy wielu mikrofonów umieszczonych na dnie zatoki lodowcowej. Ta nowatorska technika pozwoli na dokładną lokalizację źródeł podwodnych dźwięków także na niedostępnej, podwodnej części czoła lodowca.

Co ważne, rezultaty uzyskane w projekcie będą miały znaczenie nie tylko w kontekście czysto naukowym i technicznym. Dźwięki cielących się lodowców są fascynujące i spektakularne. Mogą one pomóc w zwróceniu uwagi społeczeństwa na niezwykle ważny problem postępujących zmian klimatycznych. Jaki jest wpływ różnych mechanizmów cielenia na ubytek masy lodowców w zależności od zmiennych warunków środowiskowych?

Opracowanie nowego zastosowania parametrów magnetycznych do oceny stężenia zanieczyszczeń wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych we frakcjach granulometrycznych pyłów drogowych

Kierowniczka projektu

dr Sylwia Dytłow

skdytlow@igf.edu.pl

Zakład Magnetyzmu

Wartość projektu: 387 041,00 PLN

Instytucja finansująca: Narodowe Centrum Nauki

Dyscyplina: Nauka o Ziemi

Okres realizacji: 2022 – 2026

Opis projektu

Ze względu na szybki rozwój gospodarczy i urbanizację, zanieczyszczenie środowiska stało się ostatnio szczególnie dotkliwe. Dlatego ważne jest intensyfikowanie badań oraz informowanie społeczeństwa o stanie zanieczyszczenia powietrza i związanych z nim zagrożeniach dla zdrowia. Pomiar magnetyczny wyróżnia się wśród najnowszych metod pozwalających określić przestrzenną dystrybucję i poziom zanieczyszczenia środowiska oraz zastosować parametry magnetyczne jako wskaźniki obecności różnych rodzajów zanieczyszczeń.

Celem niniejszego projektu jest scharakteryzowanie właściwości magnetycznych oraz zanieczyszczenia wielopierścieniowymi węglowodorami aromatycznymi (WWA) w frakcjach granulometrycznych pyłu ulicznego z Warszawy (Polska), aby wskazać możliwość zastosowania zależnych od stężenia parametrów magnetycznych jako wskaźników zanieczyszczenia WWA.

Materiałem badawczym są cząstki stałe osadzone na powierzchni dróg oraz w tunelach drogowych w Warszawie. Próbki pyłu ulicznego zostaną pobrane
z dwóch wybranych obszarów reprezentujących różne dominujące źródła zanieczyszczeń, tj. emisję komunikacyjną oraz niską emisję. Z każdego obszaru zostanie pobranych 100 próbek.

Cząstki te, znane jako „pył drogowy” lub „pył uliczny”, zawierają składniki naturalne (minerały z erozji gleby i wietrzenia skał, materiały roślinne itp.) oraz składniki antropogeniczne (cząstki powstałe w wyniku ścierania nawierzchni drogowych, zużycia opon, tarcz hamulcowych itp.). Pył uliczny zawiera liczne składniki stanowiące zanieczyszczenie środowiska, np. metale ciężkie i WWA.

Wiele badań nad właściwościami pyłu drogowego wykazuje, że jego składniki antropogeniczne — cząstki magnetyczne (AMP) — wykazują silne właściwości magnetyczne. Ze względu na udowodnioną zależność, że w materiałach antropogenicznych (np. pył uliczny, filtry powietrza, zanieczyszczone gleby) obecność AMP wiąże się z obecnością metali ciężkich, jednym z podstawowych parametrów stosowanych w badaniach magnetycznych jest podatność magnetyczna, używana jako wskaźnik zanieczyszczenia metalami.

Jednak problem zależności między stężeniem/poziomem WWA a właściwościami magnetycznymi pyłu jest rzadko podejmowany przez zespoły badawcze. Istnieją przesłanki, że podatność magnetyczna może być również dobrym wskaźnikiem obecności WWA w pyłach drogowych. Niemniej jednak zagadnienia te wymagają dalszych szczegółowych badań w kontekście powiązania właściwości podatności magnetycznej z poszczególnymi WWA oraz przeprowadzenia badań na statystycznie reprezentatywnej liczbie próbek.

Głównym celem projektu jest przeprowadzenie jakościowej i ilościowej analizy właściwości magnetycznych oraz analizy zawartości różnych typów WWA
w pyłach drogowych, potencjalnego powiązania poszczególnych WWA z właściwościami magnetycznymi, ich lokalnego zróżnicowania w zależności od dominującego źródła zanieczyszczenia (niska emisja, transport) oraz oceny możliwości zastosowania podatności magnetycznej jako nowego wskaźnika poziomu WWA oraz wpływu zanieczyszczenia WWA na środowisko naturalne i zdrowie człowieka.

Powstawanie i recykling skorupy w archaicznej Antarktydzie

Kierownik projektu

dr Daniel Dunkley

daniel.dunkley@igf.edu.pl

Zakład Magnetyzmu

Wartość projektu: 1 519 350,00 PLN

Instytucja finansująca: Narodowe Centrum Nauki

Dyscyplina: Nauka o Ziemi

Okres realizacji: 2022-2026

Opis projektu

Kontynent antarktyczny to amalgamat terranów, powstały na różnych etapach historii Ziemi. Najstarsza znana dzicz tego kontynentu, powstała w eoarchaiku (przed 3.6 miliardami lat) i znajduje się w Kompleksie Napier w Antarktydzie Wschodniej, gdzie najnowsze badania potwierdzają istnienie skorupy uformowanej na wczesnych etapach rozwoju Ziemi. Pojedyncze fragmenty starej skorupy znaleziono również na Ziemi Kemp (Kemp Land). Wskazują one na rozwój skorupy w okresie od ok. 3.8 mld lat, a do wysoko-temperaturowych tektonotermalnych wydarzeń ok. 2.5 mld lat temu. Doprowadziły one do scalenia kratonu archaicznego na tym obszarze. Na podstawie również niewielu danych sugerowano, że kraton utworzony został przez proterozoiczne skały suprakrustalne Kompleksu Rayner, przerobionego podczas późniejszych wydarzeń orogenicznych ok. 1.6 oraz 1 mld lat temu.

Te trzy kluczowe wydarzenia (2.5, 1.6 and 1.0 mld lat temu) są również rozpoznane we wschodniej/centralnej części półwyspu indyjskiego, który przylega do Antarktydy wschodniej jako superkontynentu Gondwany ok. 0.5 mld lat temu. Jednak że obecność młodszych pasów orogenicznych pomiędzy nimi wskazuje, że konfiguracja obu bloków skorupowych uległa przebudowie po archaiku. By odtworzyć pierwotne relacje pomiędzy archaicznymi fragmentami skorupy kontynentalnej, konieczna jest szczegółowa charakterystyka asocjacji isotopowych pomiędzy kompleksami Napier i Rayner na Antarktydzie wschodniej
a kratonami południowych Indii, scalonych poprzez wydarzenie tektonometamorficzne ok. 2.5 mld lat temu.

Rozpoznanie wpływu wulkanizmu typu petit-spot na budowę litosfery na podstawie wieloparametrowego wysokorozdzielczego obrazowania sejsmicznego danych sejsmicznych z Rowu Japońskiego

Kierownik projektu

dr inż. hab. Andrzej Górszczyk

agorszczyk@igf.edu.pl

Zakład Obrazowania Geofizycznego

Wartość projektu: 708 740,00 PLN

Instytucja finansująca: Narodowe Centrum Nauki

Dyscyplina: Nauka o Ziemi

Okres realizacji: 2022-2027

Opis projektu

Projekt koncentruje się na badaniach sejsmicznych wulkanizmu typu petit-spot – niedawno odkrytego zjaiska, które rzuca nowe światło na nasze rozumienie wulkanizmu wewnątrz płytowego. Wulkany typu petit-spot to niewielkie wulkany, które wybuchają wzdłuż pęknięć litosfery, powstających w wyniku jej ugięcia podczas subdukcji. Ich odkrycie miało ogromne znaczenie, ponieważ wykazało, że procesy tektoniczne mogą prowadzić do wulkanizmu.

Wśród różnych pytań, które wymagają wyjaśnienia, jednym z kluczowych zagadnień jest sposób wydobywania się i transportu magmy na powierzchnię, co wymagałoby powstania pęknięć sięgających skali całej litosfery. Dotychczas nie opracowano żadnego modelu fizycznego, który pozwalałby przetestować tę hipotezę. Dlatego, aby pogłębić naszą wiedzę na temat procesów towarzyszących powstawaniu struktur typu petit-spot, chcemy zastosować najnowocześniejsze techniki inwersji pełnego pola falowego oraz migracji głębokościowej aby uzyskać wysokorozdzielcze modele struktur podpowierzchniowych, wykorzystując unikatowe dane sejsmiczne pozyskane w rejonie Rowu Japońskiego – obszarze, w którym po raz pierwszy odkryto wulkany typu petit-spot.

Zdjęcia satelitarne jako wsparcie modelowania ryzyka powodziowego w dużych europejskich rzekach

Kierownik projektu

dr hab. Michael Nones

mnones@igf.edu.pl

Zakład Hydrologii i Hydrodynamiki

Wartość projektu: 442 080,00 PLN

Instytucja finansująca: Narodowe Centrum Nauki

Dyscyplina: Nauka o Ziemi

Okres realizacji: 2022-2026

Opis projektu

Powodzie stają się coraz bardziej dotkliwe, długotrwałe i częste ze względu na zmiany klimatu, użytkowania gruntów, infrastruktury i demografii ludności,
a także szkody, jakie powodują. Obecny stan wiedzy w zakresie zarządzania powodziowego ma wiele ograniczeń, które stają się coraz bardziej widoczne
i wymagają wspólnych działań ze strony środowisk akademickich i praktyków.

Wykorzystując rzeki Wisłę (Polska) i Po (Włochy) jako studia przypadków, projekt ma na celu: i) zbadanie biomorfodynamiki rzek w bardzo wysokiej rozdzielczości czasowo-przestrzennej (obrazy 10×10 m, pozyskiwane co kilka dni); ii) opracowanie nowatorskiego łańcucha modelowania ryzyka powodziowego, który uwzględnia takie zmiany, a tym samym pozwala na bardziej wiarygodne odtworzenie środowiska rzecznego.

Rzeki Wisła i Po mają strategiczne znaczenie z punktu widzenia ryzyka powodziowego, ponieważ przepływają przez wiele miast i obszarów przemysłowych,
a miliony ludzi mieszkają w pobliżu rzeki i są narażone na potencjalne powodzie.

Porównanie wyników może dostarczyć dodatkowych informacji na temat znaczenia uwzględnienia lokalnych warunków charakterystycznych dla danego zlewni przy opracowywaniu planów zarządzania ryzykiem powodziowym.

Reprezentatywność przestrzenna profili aerozolowych, holistyczne podejście wieloprzyrządowe

Kierownik projektu

dr hab. Aleksander Pietruczuk

alek@igf.edu.pl

Zakład Fizyki Atmosfery

Wartość projektu: 1 661 008,00 PLN

Instytucja finansująca: Narodowe Centrum Nauki

Dyscyplina: Nauka o Ziemi

Okres realizacji: 2022-2025

Opis projektu

Aerozole atmosferyczne składają się z cząstek stałych i ciekłych zawieszonych w powietrzu. Ich obecność wpływa na przenoszenie promieniowania słonecznego przez atmosferę oraz na właściwości chmur. Aerozole są istotnym czynnikiem kształtującym klimat, a jednocześnie oddziałują na zdrowie człowieka i ogólne samopoczucie społeczeństwa.

Procesy powstawania i ewolucji aerozoli są intensywnie badane. Zaproponowano wiele technik monitorowania ich zmienności przestrzennej i czasowej, w tym pomiary in-situ na poziomie gruntu oraz teledetekcję, która dostarcza informacji o pionowym rozkładzie cząstek i zintegrowanych właściwościach aerozoli
w pionie. Kluczowym pytaniem — zarówno z naukowego, jak i ekonomicznego punktu widzenia — jest: które pomiary są niezbędne do wiarygodnego monitorowania i prognozowania zmienności właściwości aerozoli oraz jak gęsta powinna być sieć monitoringu aerozoli.

Proponujemy synergiczne podejście wielotechnikowe, mające na celu ocenę wpływu pomiarów in-situ, teledetekcyjnych i zintegrowanych na hybrydowe profile właściwości aerozoli atmosferycznych.

W tym celu projekt wykorzysta holistyczne podejście, obejmujące szeroki zakres pomiarów prowadzonych w skali subregionalnej, połączonych
z zaawansowanymi technikami numerycznymi w celu uzyskania spójnych właściwości aerozoli w całej troposferze

Szybkość przemieszczania się płyt litosferycznych w neoproterozoiku – weryfikacja hipotez prawdziwej wędrówki bieguna w neoproterozoiku

Kierownik projektu

dr hab. Krzysztof Michalski

krzysztof.michalski@igf.edu.pl

Zakład Magnetyzmu

Wartość projektu: 976 549,00 PLN

Instytucja finansująca: Narodowe Centrum Nauki

Dyscyplina: Nauka o Ziemi

Okres realizacji: 2022-2025

Opis projektu

Era neoproterozoiku (1000–541 mln lat temu) była czasem przełomowych zmian: rozpadu superkontynentu Rodinia, gwałtownych wahań klimatu
i przyspieszenia ewolucji życia. Jednym z kluczowych zjawisk tego okresu mogła być tzw. prawdziwa wędrówka biegunów (True Polar Wander, TPW), czyli przesunięcie całej skorupy i płaszcza Ziemi względem osi obrotu planety.

Celem projektu NEOMAGRATE jest zbadanie unikatowego profilu skał neoproterozoicznych we wschodnim Svalbardzie i określenie ruchu tego fragmentu litosfery w czasie. Wyniki badań paleomagnetycznych pozwolą zweryfikować hipotezę TPW i udoskonalić modele ewolucji Rodinii.

Projekt realizowany jest przez międzynarodowy zespół specjalistów z Polski, USA, Szwecji i Wielkiej Brytanii, łączących metody paleomagnetyzmu, petrologii, mineralogii i geochemii. Ambitna wyprawa naukowa na Svalbard dostarczy nowych, unikalnych danych o tektonice i dynamice Ziemi sprzed setek milionów lat.

Lokalne i globalne sygnały atmosferycznego obwodu elektrycznego Ziemi w danych elektryczności atmosfery obserwatorium Świder

Kierowniczka projektu

dr hab. Anna Odzimek

aodzimek@igf.edu.pl

Zakład Fizyki Atmosfery

Wartość projektu: 378 800,00 PLN

Instytucja finansująca: Narodowe Centrum Nauki

Dyscyplina: Nauka o Ziemi

Okres realizacji: 2022-2025

Opis projektu

Obserwatorium Geofizyczne w Świdrze Instytutu Geofizyki PAN od kilkudziesięciu lat prowadzi cenne obserwacje meteorologiczne oraz ziemskiej elektryczności atmosferycznej: pola elektrycznego, przewodnictwa elektrycznego powietrza oraz zanieczyszczeń powietrza. Stacja monitoruje zarówno lokalne jak i globalne zjawiska zachodzące w elektrycznym środowisku ziemskiej atmosfery tzw. ziemskim obwodzie globalnym (GOE). Dane ze stacji były od 1957 roku co roku publikowane w postaci miesięcznych zestawień. Chcemy nadać tym danym nową cyfrową postać, aby umożliwić badaczom obwodu elektrycznego nowe spojrzenie na globalną i lokalną aktywność elektryczną atmosfery obserwowaną w średnich szerokościach w rejonie Świdra. Naszym drugim ważnym celem jest udoskonalenie modelu obwodu atmosferycznego elektrycznego Ziemi EGATEC. Dane ze Świdra posłużą jako obserwacyjny materiał porównawczy dla wyników modelowych. Rozwiązania modelowe opracujemy dla okresu 1998-2005, krótszego niż obserwacje naziemne ze Świdra,
z powodu dostępności wejściowych danych satelitarnych, na których opiera się model i jego konstrukcja obwodu elektrycznego Ziemi. Projekt chcemy zakończyć organizacją międzynarodowych warsztatów poświęconych modelowaniu GOE.

Badania procesu wyzwalania wstrząsów przez sztuczne zbiorniki wodne przy pomocy identyfikacji skupisk oraz technik uczenia maszynowego

Kierownik projektu

dr hab. Grzegorz Lizurek

lizurek@igf.edu.pl

Zakład Sejsmologii

Wartość projektu: 620 304,00 PLN

Instytucja finansująca: Narodowe Centrum Nauki

Dyscyplina: Nauka o Ziemi

Okres realizacji: 2022-2026

fot. pierwsza stacja sejsmiczna w Tan

Opis projektu

Zjawisko wywoływania trzęsień ziemi przez eksploatację zbiorników jest znane od dawna, jednak szczegóły tego mechanizmu nie są dokładnie zbadane. Ostatnie odkrycia naukowe pokazują wpływ migrujących płynów w formacjach skalnych na wyzwalanie płytkich trzęsień ziemi np. w Kalifornii i Czechach.
Z tego powodu określenie obszarów o zwiększonej przepuszczalności lub potencjalnych dróg migracji płynów w skałach i wpływ takiej migracji na wyzwalanie wstrząsów to ważny element poznania całego procesu prowadzącego do płytkich trzęsień ziemi.

Celem projektu jest wskazanie obszarów o zwiększonej przepuszczalności lub potencjalnych dróg migracji płynów w skałach w pobliżu sztucznych zbiorników wodnych na podstawie występujących tam skupisk wstrząsów. Kolejnym celem jest określenie wpływu sezonowości w występowaniu zjawisk hydrologicznych, w tym ekstremalnych, takich jak powodzie na występowanie trzęsień ziemi w pobliżu sztucznych zbiorników wodnych.

Do detekcji i lokalizacji wstrząsów wykorzystane zostaną techniki uczenia maszynowego. Ich celem jest zwiększenie liczby wstrząsów do dalszych analiz, poprawa precyzji lokalizacji oraz do identyfikacji i lokalizacji stref o zwiększonej przepuszczalności płynów, ich wskaźnikiem będzie znalezienie wstrząsów
o dużym podobieństwie zapisów sejsmicznych. Wyniki tego projektu powinny stanowić istotny wkład w ogólną wiedzę o procesach wyzwalania wstrząsów przez migrację płynów w ośrodku skalnym.

Energia fal docierających do brzegów fiordu Hornsund, Svalbard

Kierowniczka projektu

dr Zuzanna Świrad

zswirad@igf.edu.pl

Zakład Badań Polarnych i Morskich

Wartość projektu: 768 273,00 PLN

Instytucja finansująca: Narodowe Centrum Nauki

Dyscyplina: Nauka o Ziemi

Okres realizacji: 2021-2025

Opis projektu

Projekt skupia się na modelowaniu energii fal docierających do brzegów Hornsundu, fiordu o wielkości ok. 300 km2 położonego na południowo-zachodnim Spitsbergenie na Svalbardzie poprzez:

• modelowanie przekształcania fal wiatrowych w skali fiordu z uwzględnieniem znaczenia pokrywy lodu morskiego na tłumienie fal, oraz
• empiryczne modelowanie nabiegania fal sztormowych na plaże. Głównym celem jest zrozumienie jak zmiany klimatu, w tym przypadku zanik pokrywy lodu morskiego i intensyfikacja sztormów, wpływają na arktyczne brzegi, oraz przewidywanie poziomu wody na plaży obecnie i w przyszłości.

Skutki zmian w łączności ekosystemów na procesy metaboliczne i emisje gazów cieplarnianych z ocieplających się jezior Arktycznych i Alpejskich

Kierownik projektu

dr Maciej Bartosiewicz

maciej.bartosiewicz@igf.edu.pl

Zakład Badań Polarnych i Morskich

Wartość projektu: 1 242 106,00 PLN

Instytucja finansująca: Narodowe Centrum Nauki

Dyscyplina: Nauka o Ziemi

Okres realizacji: 2021-2026

Opis projektu

Jeziora i osady denne są naturalnymi bioreaktorami, w których przetwarzane i składowane są znaczne ilości materii organicznej. Ekosystemy jeziorne corocznie uwalniają znaczne ilości gazów cieplarnianych (tj. dwutlenku węgla – CO2, metanu – CH4 i podtlenku azotu – N2O) do atmosfery. Jest to rezultat stosunkowo wysokiego stężenia tych gazów w wodzie w stosunku do stężenia w atmosferze w wyniku intensywnego przetwarzania materii organicznej dostarczanej do jezior. Wody powierzchniowe niektórych z nich wykazują, jednak, sezonowe minima w stężeniu gazów cieplarnianych, więc mogą również pochłaniać je bezpośrednio z atmosfery. Głównym pytaniem, na które spróbujemy odpowiedzieć w tym projekcie, jest określenie stopnia zmienności stężeń gazów cieplarnianych w wodach jezior arktycznych i alpejskich (system jeziorny Revvatnet – Svalbard; Nigardsvatnet – Norwegia; Nero, Bianco i Dentro – Szwajcaria), w odpowiedzi na szybko postępujące w tych rejonach zmiany klimatu. Wydajność uwalniana i pochłaniania gazów cieplarnianych przez jeziora zmienia się w wyniku zmian klimatu, warunków hydrologicznych oraz biogeochemicznych w zlewniach i jeziorach.

Biorąc pod uwagę znaczące bezpośrednie lub pośrednie skutki zmian klimatu wpływające na ekosystem rejonów polarnych i alpejskich, w tym projekcie planujemy analizę wpływu zmian temperatury i opadów na wydajność i mechanizmy łączności w ekosystemach jeziornych, oraz dopływ i metabolizm materii organicznej w toni wodnej i osadach dennych oraz zmianę tempa i wielkość produkcji emisji poszczególnych gazów cieplarnianych do atmosfery. W celu określenia znaczenia tych efektów w jeziorach polarnych i alpejskich nasze badania skupią się na rozpoznaniu następujących mechanizmów związanych ze zmianami klimatu: • bezpośrednich skutkach atmosferycznego ocieplenia zwiększającego import materii organicznej do jezior i stymulującego produkcje gazów cieplarnianych; • zwiększającej się częstotliwości ekstremalnych, gwałtownych dopływów materii organicznej do jezior, w wyniku, których zwiększa się znacząco ilość zawiesiny w wodach powierzchniowych i produkcja metanu i podtlenku azotu w kolumnie wody; • skutkach skrócenia długości trwania zlodzenia jezior, które może powodować większy import materii organicznej do jezior i prowadzić do wydłużenia okresu, podczas którego gazy cieplarniane są uwalniane z wód jeziornych bezpośrednio do atmosfery; • skutkach zwiększającej się produkcji pierwotnej w jeziorach zasilanych zwiększonym dopływem substancji odżywczych ze zlewnii i skutkujących zubożeniem wód powierzchniowych w CO2 (więc potencjalne jego pochłanianie z atmosfery) ale wzbogaceniem głębszych wód w CH4 i N2O; • skutkach zwiększonego dopływu węglanów i krzemianów do jezior prowadzącego do nasilenia chemicznego pochłaniania CO2.

Całościowo, daleko-idące skutki zmian klimatycznych na funkcjonowanie jezior oraz mechanizmy opisane w ramach planowanego projektu będą stanowić przykład międzydyscyplinarnych badań naukowych pozwalających na przewidywanie i mitygowanie konsekwencji zmian w łączności ekosystemów. Wyniki przeprowadzonych badań będą niezwykle interesujące dla światowej społeczności naukowej, ale również dla ekspertów formułujących międzynarodowe regulacje klimatyczne i dla szerokiej opinii publicznej. Schemat wybranych skutków zmian w łączności ekosystemów na metabolizm i produkcje oraz emisje gazów cieplarnianych z jezior arktycznych i alpejskich

Oszacowanie dostawy metali ciężkich ze spływem słodkiej wody do ekosystemu fiordu arktycznego (Hornsund, Spitsbergen)

Kierownik projektu

dr hab. Mateusz Moskalik

mmosk@igf.edu.pl

Zakład Badań Polarnych i Morskich

Wartość projektu: 293 288,00 PLN

Instytucja finansująca: Narodowe Centrum Nauki

Dyscyplina: Nauka o Ziemi

Okres realizacji: 2021-2025

Opis projektu

Globalne ocieplenie wpływa na transport zanieczyszczeń i ich los w Arktyce. Jedną z grup zanieczyszczeń środowiska arktycznego są metale ciężkie (np. Hg, Cd, As, Pb, Zn i Cu). Część metali ciężkich w środowisku jest pochodzenia naturalnego, ale znaczna większość, nawet ponad 90% jest wprowadzona do środowiska jako wynik działalności człowieka. Ładunki zanieczyszczeń transportowanych między innymi w atmosferze akumulowane były przez stulecia między innymi w lodzie lodowcowym. Coraz bardziej intensywne topnienie lodowców w wyniku globalnego wzrostu temperatury zwiększa dostawę takich zanieczyszczeń i w konsekwencji ekosystemy fiordów przyjmują obecnie wyższy ich ładunek niż dotychczas. Może stanowić dla nich zagrożenie. Niestety, ten problem nie jest obecnie dobrze zbadany.

Do badań wybrano fiord Hornsund (Spitsbergen) na podstawie doniesień, że uchodzące do niego lodowce charakteryzujące się najwyższym tempem topnienia na wyspie. Celem tego projektu jest ocena ładunku metali ciężkich odprowadzanych przez słodką wodę, głównie pochodzącą z topnienia lodowców, do fiordu arktycznego (Hornsund, Spitsbergen). Stawiamy hipotezę, że dostawa metali ciężkich transportowanych wodami roztopowymi z lodowców do ekosystemu morskiego jest najważniejszym źródłem zanieczyszczeń w fiordzie, w którym znajdują się lodowce uchodzące bezpośrednio do morza.

Projekt jest realizowany zarówno poprzez pomiary terenowe, analizy laboratoryjne zebranych prób i modelowanie dostawy wody słodkiej do badanego fiordu. Prace będą prowadzone w oparciu o Polską Stację Polarną im. Stanisława Siedleckiego zlokalizowana w firodzie Hornsund zarządzaną przez Instytut Geofizyki PAN (partner w projekcie). Pomiary laboratoryjne będą wykonywane w zaawansowanych laboratoriach między innymi Instytutu Oceanologii PAN (lider projektu). Trzecim partnerem w realizacji projektu jest Uniwersytetem Śląski.

Zastosowanie metod teledetekcyjnych i obrazowania geofizycznego do rozpoznania zmian bilansu wodnego zlewni Wysokiej Arktyki

Kierowniczka projektu

prof. dr hab. inż. Marzena Osuch

marz@igf.edu.pl

Zakład Hydrologii i Hydrodynamiki

Wartość projektu: 2 810 002,00 PLN

Instytucja finansująca: Narodowe Centrum Nauki

Dyscyplina: Nauka o Ziemi

Okres realizacji: 2021-2026

Opis projektu

Arktyka należy do regionów najszybciej reagujących na globalne ocieplenie. Na Svalbardzie tempo wzrostu temperatury powietrza jest ponad sześciokrotnie większe niż średnia globalna. Towarzyszy temu zmniejszenie pokrywy śnieżnej, wzrost opadów oraz przyspieszona degradacja wieloletniej zmarzliny. Wszystkie te procesy silnie wpływają na bilans wodny i funkcjonowanie ekosystemów lądowych oraz wodnych.

Celem projektu jest kompleksowe rozpoznanie sezonowej i przestrzennej dynamiki krio-hydro-meteorologicznej w dwóch górskich zlewniach Svalbardu. Badania obejmą:

• szczegółowe pomiary przepływu, opadów, parowania, bilansu lodowców, pokrywy śnieżnej i wilgotności gruntu,
• wykorzystanie teledetekcji (GPR, UAV) i nowych szeregów czasowych do poprawy jakości modeli hydrologicznych,
• zastosowanie zintegrowanych modeli kriohydro-geologicznych opisujących obieg wody, transport ciepła i przemiany fazowe w wieloletniej zmarzlinie,
• opracowanie projekcji hydrologicznych z użyciem symulacji klimatycznych POLAR-CORDEX.

Wyniki pozwolą lepiej ocenić wpływ ocieplenia na przyszły obieg wody w Arktyce, w tym na sezonowość odpływu, ryzyko susz i powodzi. Projekt odpowiada na pilne potrzeby badawcze wskazane przez IPCC i będzie stanowił ważny wkład w prognozy klimatyczne i hydrologiczne dla regionów polarnych.

Digi science egzopolimerów na dynamikę opadania i interakcji cząstek stałych w środowisku wodnym uwarstwionym gęstościowo

Kierowniczka projektu

dr hab. inż. Magdalena Mrokowska, prof. IGF PAN

m.mrokowska@igf.edu.pl

Zakład Hydrologii i Hydrodynamiki

Wartość projektu: 852 960,00 PLN

Instytucja finansująca: Narodowe Centrum Nauki

Dyscyplina: Nauka o Ziemi

Okres realizacji: 2020-2025

fot. Schemat tworzenia warstwy bogatej w EPSy podczas zakwitu alg

Opis projektu

W ramach projektu zidentyfikowano wcześniej niezbadane mechanizmy wpływające na dynamikę sedymentacji w stratyfikowanych wodach morskich wzbogaconych w egzopolimery (EPS). Badania wykazały, że EPSy, intensywnie wydzielane przez mikroorganizmy podczas zakwitów alg, tworzą w wodzie morskiej żelowe struktury nadające jej nienewtonowskie właściwości. Eksperymenty laboratoryjne, obejmujące testy opadania cząstek, pomiary reologiczne oraz analizę z wykorzystaniem techniki PIV, wykazały zmienione tempo i charakter sedymentacji modelowych cząstek reprezentujących minerały, agregaty biologiczne i mikroplastiki. Wyniki te sugerują, że EPSy mogą w ten sposób wpływać na transport biogenów i zanieczyszczeń w głąb mórz i oceanów.

pasywane sejsmiczne badania litosfery i astenosfery południowej polski (obszar karpacki)

Kierownik projektu

dr hab. Wojciech Czuba

wojt@igf.edu.pl

Zakład Sejsmicznych Badań Litosfery

Wartość projektu: 620 304,00 PLN

Instytucja finansująca: Narodowe Centrum Nauki

Dyscyplina: Nauka o Ziemi

Okres realizacji: 2020-2025

Opis projektu

Celem projektu jest określenie sejsmicznej struktury litosfery oraz przebiegu i własności granicy litosfera-astenosfera (LAB – lithosphere-asthenosphere boundary), a także określenie anizotropii sejsmicznej obszaru karpacko-panońskiego.

Jednym z głównych celów badań sejsmicznych jest określenie rozkładu prędkości podłużnych (P) i poprzecznych (S) fal sejsmicznych – istotnych parametrów, które nie tylko charakteryzują własności sprężyste skał, lecz także dostarczają wskazówek co do ich składu chemicznego, mineralnego a także struktury (spękania, porowatość itp.).