Локальні вертикальні рухи земної поверхні за результатами 18-ти річних екстензометричних спостережень у Полтаві

Володимир Павлик; Андрій Кутний; Микола Заливадний; Тетяна Бабич

doi:10.24028/gj.v48i3.358645

Автор(и)

Володимир Павлик Полтавська гравіметрична обсерваторія Інституту геофізики ім. С.І. Субботіна НАН України, Україна
Андрій Кутний Полтавська гравіметрична обсерваторія Інституту геофізики ім. С.І. Субботіна НАН України, Україна
Микола Заливадний Полтавська гравіметрична обсерваторія Інституту геофізики ім. С.І. Субботіна НАН України, Україна
Тетяна Бабич Полтавська гравіметрична обсерваторія Інституту геофізики ім. С.І. Субботіна НАН України, Україна

DOI:

https://doi.org/10.24028/gj.v48i3.358645

Ключові слова:

вертикальний екстензометр, локальні вертикальні рухи земної поверхні, вологість ґрунту, атмосферні опади, коливання рівня ґрунтових вод

Анотація

Представлено результати 18-річних спостережень за вертикальною складовою локальної динаміки земної поверхні за допомогою кварцового екстензометра Полтавської гравіметричної обсерваторії. Прилад встановлено на геодинамічному полігоні у Полтаві і дозволяє здійснювати моніторинг вертикальних переміщень шару ґрунту на глибині 0,5 м від поверхні землі з точністю 10^-6 м з метою вивчення впливу зовнішніх чинників гідрометеорологічного походження на динаміку найбільш рухомого верхнього пласта ґрунту. Встановлено, що домінуючою складовою вертикальних рухів є сезонна компонента із середньорічною амплітудою 1,726±0,045 мм, моментом максимального підняття земної поверхні, який припадає на 114,32 ±0,06 день від початку року (24 квітня) та періодом 364,42±0,30 днів. В залежності від кліматичних особливостей конкретного року спостережень величини періодичних локальних вертикальних переміщень змінюються в межах від 1,0 мм до 5,5 мм, а моменти максимального підняття земної поверхні відбуваються у період часу з 28 березня по 16 травня. Сезонні вертикальні рухи зумовлені насамперед періодичними варіаціями вологи середньосуглинкових ґрунтів полігону. Якщо вологість ґрунту перевищує його максимальну молекулярну вологоємність, то цей чинник перестає діяти на вертикальні переміщення. Коливання рівня ґрунтових вод хоча й відбувається синфазно з вертикальними рухами, але не є їх генератором. Показано, що аномально сухе літо 2024 р. у Полтаві зумовило найнижче вертикальне положення земної поверхні за весь період спостережень. Ігнорування вертикальних рухів гідрометеорологічного походження може призвести до невірної інтерпретації результатів вивчення тектонічних та техногенних деформацій земної поверхні.

Біографія автора

Андрій Кутний, Полтавська гравіметрична обсерваторія Інституту геофізики ім. С.І. Субботіна НАН України

Poltava Gravimetric Observatory of the Subbotin Institute of Geophysics of Ukraine National Academy of Science

Посилання

Grushka, I.G. (2005). Methods and means of measuring the humidity of materials and environments. Naukovi pratsi UkrNDHMI, (254), 169—187 (in Ukrainian).

Kutnyi, A.M., Bulatsen, V.G., Brodsky, B.I., & Sostin, A.A. (1992). Borehole extensometer of the Poltava gravimetric observatory. In Rotation and deformation of the Earth (pp. 97—104). Kiev: Naukova Dumka (in Russian).

Meteopost. Weather data archive. (2025). Retrieved from https://meteopost.com/weather/archive/ (in Ukrainian).

Pavlyk, V.G. (2011). The influence of atmospheric precipitation on vertical movements of the ground. Geodynamics, (10), 31—37. https://doi.org/10.23939/jgd2011.01.031 (in Ukrainian).

Pavlyk, V.G. (2012). Results of the study of the own slow vertical movements of benchmarks on geodynamic micro-polygons of the Poltava Gravimetric Observatory. Modern achievements of geodetic science and production, (1), 60—65 (in Ukrainian).

Pavlyk, V.G. (2010). Seasonal hydrothermal vertical movements of the ground in conditions of soils with different grain size composition. Geodynamics, (1), 22—27. https://doi.org/10.23939/jgd2010.01.022 (in Ukrainian).

Pavlyk, V.G., Kutnyi, A.M., & Kalnyk, O.P. (2019). Features of the influence of seasonal variation of soil moisture on vertical movements of the earth’s surface. Geodynamics, (2), 16—23. https://doi.org/10.23939/jgd2019.02.016 (in Ukrainian).

Cherniaha, P.H., Yanchuk, O.Ye., & Ishutina, H.S. (2010). Calculation of the accuracy of geometric leveling on geodynamic polygons. Geodynamics, (1), 10—21. https://doi.org/10.23939/jgd2010.01.010 (in Ukrainian).

Amoruso, A., & Crescentini, L. (2016). Nonlinear and minor ocean tides in the Bay of Biscay from the strain tides observed by two geodetic laser strainmeters at Canfranc (Spain). Journal of Geophysical Research: Oceans, 121(7), 4435—5392. https://doi.org/10.1002/2016JC011733.

Argus, D., Fu, Yu., & Landerer, F. (2014). Seasonal variation in total water storage in California inferred from GPS observations of vertical and motion. Geophysical Research Letters, 41(6), 1971—1980. https://doi.org/10.1002/ 2014GL059570.

Bán, D., Mentes, G., Kis, M., & Koppán, A. (2018). Observation of the Earth Liquid Core Resonance by Extensometers. Pure and Applied Geophysics, 175(4), 1631—1642. https://doi.org/10.1007/s00024-017-1724-6.

Brimich, L., Bednárik, M., Bezák, V., Kohút, I., Bán, D., Eper-Pápai, I., & Mentes, G. (2016). Extensometric observation of Earth tides and local tectonic processes at the Vyhne station, Slovakia. Contributions to Geophysics and Geodesy, 46(2), 75—90. https://doi.org/10.1515/congeo-2016-0006.

Сorominas, J., Moya, J., Lloret, A., Gili, J.A., Angeli, M.G., Pasuto, A., & Silvano, S. (2000). Measurement of landslide displacements using a wire extensometer. Engineering Geology, 55(3), 149—166. https://doi.org/10.1016/S0013-7952(99)00086-1.

Jahr, Th. (2018). Non-tidaltilt and strain signals recorded at the Geodynamic Observatory Moxa, Thuringia/Germany. Geodesy and Geodynamics, 9(3), 229—236. https://doi.org/10.1016/j.geog.2017.03.015.

Lyon, T.J., Filmer, M.S., & Featherstone, W.E. (2018). On the use of repeat leveling for the determination of vertical land motion: artifacts, aliasing, and extrapolation errors. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 123(8), 7021—7039. https://doi.org/10.1029/ 2018JB015705.

Marple, S.L. (2019). Digital Spectral Analysis with Applications. 2nd ed. Mineola, New York: Dover Publications, 432 p.

Mentes, G. (2012). A new borehole wire extensometer with high accuracy and stability for observation of local geodynamic processes. Review of Scientific Instruments, 83(1), 015109. https://doi.org/10.1063/1.3676652.

Mentes, G., & Kiszely, M. (2019). Local tectonic deformations measured by extensometer at the eastern foothills of the Alps at the Sopronbánfalva Geodynamic Observatory, Hungary. Contributions to Geophysics and Geodesy, 49(3), 373—390. https://doi.org/10.2478/congeo-2019-0019.

Szczerbowski, Z. (2009). Toward the reliability of geodetic surveys in study of geodynamics — a problem of influence of seasonal variations. Acta Geodynamica et Geomaterialia, 6(3), 253—263.

Van Dam, T., Wahr, J., Milly, P.C.D., Shmakin, A.B., Blewitt, G., Lavallée, D., & Larson, K.M. (2001). Crustal displacements due to continental water loading. Geophysical Research Letters, 28(4), 651—654. https://doi.org/10.1029/ 2000gl012120.

Vittuari, L., Gottardi, G., & Tini, M.A. (2015). Monumentations of control points for the measurement of soil vertical movements and their interactions with groundwater contents. Geomatics, Natural Hazards and Risk, 6(5-7), 439—453. https://doi.org/10.1080/19475705.2013.873084.