Zasoby wód podziemnych można badać, mierząc poziom wody w studniach głębinowych. Tak czyni Polska Służba Hydrogeologiczna, która ma w Polsce 215 studni pomiarowych. Ale dr inż. Monika Biryło zna lepszy i szybszy sposób: mierzy zasoby wód podziemnych przy pomocy danych satelitarnych. Metodę tę opracowała w latach 2016–19 we współpracy z prof. Zofią Rzepecką z Katedry Geodezji UWM oraz prof. Jolantą Nastulą i dr Justyną Śliwińską-Bronowicz z Centrum Badań Kosmicznych w Warszawie.

Od marca 2002 r. trwa misja satelitarna NASA oraz Niemieckiej Agencji Kosmicznej o nazwie GRACE. Mierzy anomalie grawitacji ziemskiej. Używając pomiarów odchyleń grawitacji od średniej, GRACE daje informacje na temat rozkładu masy na Ziemi. Informacje te są wykorzystywane w badaniach geologicznych, fizyce atmosfery i oceanografii. Na potrzeby tej misji w Kosmosie pracują satelity Tom i Jerry. Każdej doby okrążają Ziemię 15 razy.

– Te satelity są od siebie oddalone o 220 km i krążą po określonej orbicie. Gdyby Ziemia była kulą wykonaną z jednorodnego surowca, to ta orbita byłaby zawsze stała, ale Ziemia nie jest jednorodna. Tworzą ją piaski, skały, oceany, lodowce, dżungle, stepy itp. Nad każdym z tych obszarów siła grawitacji ziemskiej działająca na satelity jest inna – raz mniejsza, raz większa. Nad dużymi zasobami wód – przypływami, lodowcami jest większa. To powoduje, że satelity są raz mocniej, a raz słabiej przyciągane do Ziemi, czyli raz lecą bliżej jej powierzchni, a raz – dalej. Zatem ich wzajemna odległość się zmienia. A jest mierzona z dokładnością do 1 cm – wyjaśnia dr Biryło.

Ta wzajemna odległość między satelitami jest dla naukowczyni punktem wyjścia do badań zasobów wód podziemnych. Tę informację znajduje w raportach misji GRACE.

 – To bardzo proste: zmiany odległości między Tomem i Jerrym można przeliczyć na zmiany pola siły ciężkości, a te na zmiany mas wodnych. Od całkowitych zmian mas wodnych odejmuję współczynnik wilgotności gleby, współczynnik wód powierzchniowych w zbiornikach wodnych, a zimą – jeszcze ekwiwalent śnieżny. To, co mi wyjdzie, to zasób wód podziemnych – stwierdza dr Biryło.

Ogólną metodę opracowali Amerykanie. Polski zespół dostosował ją do warunków półkuli północnej, na której jest dużo wiecznej zmarzliny i zbiorników przy hydroelektrowniach. Dr Biryło sięgnęła po dane od początku misji satelitarnej, czyli od 2002 r. i doprowadziła je niemal do dzisiaj. Z jej badań wynika, że zasoby wód pod Polską są coraz mniejsze.

– W ciągu tych 22 lat, które badam, zmniejszają się o około 4 cm rocznie – przyznaje.

Dla pewności naukowczyni sięga jednak po dane Polskiej Służby Hydrogeologicznej z jej studni pomiarowych. Niestety, wartości są zbieżne.

Lech Kryszałowicz

Dr inż. Monika Biryło pracuje na Wydziale Geoinżynierii od 2012 roku. Naukowo zajmuje się geodezją satelitarną, a w szczególności badaniami misji GRACE i połączeniem obserwacji grawimetrycznych z hydrologią. Dydaktycznie zajmuje się kartografią matematyczną.

Artykuł ukazał się w kwietniowym wydaniu „Wiadomości Uniwersyteckich”. Tematem przewodnim numeru były zmiany w rolnictwie. Uniwersyteccy eksperci opowiadali m.in. o Europejskim Zielonym Ładzie, rynku mleka, zarządzaniu gospodarstwem rolnym i przewidywali scenariusze dotyczące kierunków, w jakich będzie zmierzało rolnictwo. Sprawdziliśmy także, jakie rozwiązania z myślą o rozwoju tego sektora gospodarki opracowują naukowcy z UWM oraz przyjrzeliśmy się socjologicznym i historycznym aspektom związanym z rolnictwem w Polsce.