Мета. Метою виконаного дослідження було проведення реконструкції вертикальних рухів земної кори на території північної частини Європи за даними тривалих мареографічних спостережень; дослідити зміну кінематичних параметрів кристалічних масивів, на якому розташовані відібрані для дослідження мареографи, залежно від вибраної середньої епохи спостережень t0 = 1958, 1963, 1968, 1973 та 1978 роки та періоду усереднення результатів мареографічних спостережень Δt = 60 років. Апріорно прийнято, що кристалічний масив – це жорсткий тектонічний блок з лінійним полем вертикальних швидкостей. Методика. Для виконання реконструкції вертикальних рухів земної кори розроблена методика визначення необхідної тривалості мареографічних спостережень для визначення вертикальних рухів із заданою точністю. Крім цього, розроблено алгоритм визначення кінематичних параметрів тектонічного блоку, які характеризують положення лінії нульових швидкостей вертикальних рухів, швидкість зміни максимального кута нахилу тектонічного блоку α, азимут напрямку зміни максимального кута нахилу тектонічного блоку β. Визначення цих параметрів виконано методом ітерацій у декілька етапів. Нульове наближення визначає приблизні значення шуканих параметрів, які слугують вихідними даними для виконання першого наближення. Перше наближення – це метод точного розв’язку, який передбачає пошук оптимального просторового положення тектонічного блоку відносно мареографів і їхніх швидкостей. У цьому наближенні також виконується пошук мінімуму функції відхилення моделі руху блоку відносно реальних вимірів мареографів. Розв’язок цієї задачі, а саме пошук мінімуму цільової функції, виконувався градієнтним методом Флетчера–Рівса. Виконання другої ітерації перевіряє збіжність результатів шуканих параметрів та виконує їхню оцінку точності за допомогою методу найменших квадратів. Результати. Результатами цього дослідження є: встановлені зміни швидкості руху мареографів залежно від зміни середньої епохи t0 та періоду усереднення результатів спостережень Δt. Для тектонічних блоків території північної Європи встановлено залежність швидкості зміни максимального кута нахилу тектонічного блоку α та азимут напрямку зміни максимального кута нахилу тектонічного блоку β від вибраної середньої епохи t0 = 1958, 1963, 1968, 1973 та 1978 роки та періоду усереднення результатів спостережень Δt = 60 років. Побудовано просторову кінематичну модель руху тектонічних блоків території північної Європи для Δt = 60 років. Проаналізовано зміну в часі поля швидкостей вертикальних рухів блоків. Проведено ретроспективний аналіз зміни кінематичних параметрів досліджуваної території. Наукова новизна. Отримані результати практично повністю підтверджуються результатами високоточних нівелювань, а систематичні розбіжності з результатами, отриманими за даними ГНСС-спостережень, пов’язані зі зміною висоти геоїда в часі на відповідних територіях. Загалом кінематика тектонічних блоків корелює з неотектонічними рухами, відображеними в геологічних розрізах. Практична значущість. За результатами дослідження розроблені теоретичні засади і методика визначення кінематичних параметрів поля швидкостей вертикальних рухів земної кори тектонічних блоків за даними тривалих мареографічних спостережень. Побудовано кінематичну модель поля швидкостей тектонічних блоків території північної Європи. Запропоновану методику можна використати для аналогічного дослідження інших регіонів світового узбережжя, а в разі необхідності – і його окремих частин. За допомогою виконаних досліджень можна проводити реконструкцію в часі вертикальних рухів земної кори для вивчення історичного розвитку ізостатичних процесів та змін гравітаційного поля Землі, а також для дослідження змін висотного положення геодезичних мереж та стійкості систем висот. Вона також дає змогу прогнозувати зміни положення берегової лінії, що значно впливає під час проектування та будівництва гідротехнічних споруд на прибережних територіях. Окрім цього, ця методика надає можливість виконувати реконструкцію вертикальних рухів земної кори в минулому.
1. Bindoff N. L., Willebrand J., Artale V., Cazenave A., Gregory J.M., Gulev S. et al., Observations: oceanic climate change and sea level, IPCC Fourth Assessment Report, 2007.
2. Bingley R., Dodson A., Penna N., Teferle N., Baker T., Monitoring the vertical land movement component of changes in mean sea level using GPS: results from tide gauges in the UK, Journal of Geospatial Engineering, Vol. 3, No. 1, 9–20, 2001.
3. Bouin M. N., Wöppelmann G., Land motion estimates from GPS at tide gauges: a geophysical evaluation, Geophysical Journal International, 180, 193–209, doi: 10.1111/j.1365-246X.2009.04411.x. 2010.
https://doi.org/10.1111/j.1365-246X.2009.04411.x
4. Gaudio C. Del, Aquino I., Ricciardi G. P., Ricco C., Scandone R., Unrest episodes at Campi Flegrei: a reconstruction of vertical ground movements during 1905–2009, Journal of Volcanology and Geothermal Research 195, 48–56, 2010.
https://doi.org/10.1016/j.jvolgeores.2010.05.014
6. Kowalczyk, K.: 2007, Ruchy pionowe skorupy ziemskiej w Polsce. Geomatics and Environmental Engineering. Vol. 1, No. 1/1, 157–167.
7. Kowalczyk, K., Rapinski, J.: 2012, Adjustment of vertical crustal movement network on the basis of last three leveling campaigns in Poland. Reports on Geodesy. Vol. 92, No. 1, 123–134.
8. Kuo C. Y., Shum C. K., Braun A., Mitrovica J. X., Vertical crustal motion determined by satellite altimetry and tide gauge data in Fennoscandia, Geophysical Research Letters., 31, L01608, doi:10.1029/2003GL019106. 2004.
https://doi.org/10.1029/2003GL019106
9. Kuo C. Y., Shum C. K., Braun A., Cheng K.-C., Yuchan Y., Vertical Motion Determined Using Satellite Altimetry and Tide Gauges, Terr. Atmos. Ocean. Sci., Vol. 19, No. 1-2, 21-35, April 2008.
https://doi.org/10.3319/TAO.2008.19.1-2.21(SA)
10. Nerem R. S., Mitchum G.T., Estimates of vertical crustal motion derived from differences of TOPEX/POSEIDON and tide gauge sea level measurements, Geophysical Research Letters, Vol. 29(19), 1934, doi:10.1029/2002GL015037, 2002.
https://doi.org/10.1029/2002GL015037
12. Oja, T., Kollo, K., Pihlak, P.: 2014, The verification of GIA in Estonia using GNSS data. EGU General Assembly, September 1–4, 2014, Göteborg, Sweden.
13. Owaga, R.: 2010, Transient, seasonal and inter-annual gravity changes from GRACE data: Geophysical modelings. Ph.D. Dissertation, Hokkaido University, Sapporo, Japan.
14. Panteleev, A. V., Letova, T. A.: 2005, Optimization methods in examples and problems. Tutorial 2nd ed., Corrected. – Moscow: Publishing House. «High school», – 544, (in Russian).
15. Permanent Service for Mean Sea Level [Electronic resource]: PSMSL. Link: http://www.psmsl.org/
16. Perttunen, M.: 1986, Fennoscandian Land Uplift: Proceedings of a Symposium at Tvèarminne, April 10-11, 1986. Arranged by the Finnish National Committee For Quaternary Research. Geological Survey of Finland, Special Paper 2.
17. Popovs, K., Saks, T., Ukass, J., Jātnieks, J.: 2012, Genetic approach to reconstruct complex regional geological setting of the Baltic basin in 3D geological model. EGU General Assembly, 22–27 April, 2012, Vienna, Austria, p. 422.
18. Santamaría-Gómez, A., Gravelle, M., Wöppelmann, G.: 2014, Long-term vertical land motion from double-differenced tide gauge and satellite altimetry data. Journal of Geodesy, Volume 88, Issue 3, 207–222, doi: 10.1007/s00190-013-0677-5.
https://doi.org/10.1007/s00190-013-0677-5
19. Sennikovs, J., Virbulis, J., Bethers, U.: 2012, Geometrical model of the Baltic artesian basin. EGU General Assembly, 22–27 April, 2012, Vienna, Austria, p. 5720.
20. Shogenov, K., Shogenova, A., Vizika-Kavvadias, O.: 2013, Potential structures for CO2 geological storage in the Baltic Sea: case study offshore Latvia. Bulletin of the Geological Society of Finland, Vol. 85, 65–81.
https://doi.org/10.17741/bgsf/85.1.005
21. Tretyak, K., Dosyn, S.: 2014, Study of vertical movements of the European crust using tide gauge and GNSS observations. Reports on Geodesy and Geoinformatics, Vol. 97/2014; 112–131 doi: 10.2478/rgg-2014–0016.
https://doi.org/10.2478/rgg-2014-0016
22. Tretyak, K., Dosyn, S.: 2014, Reconstruction of vertical movements of the Earth's crust, according to tide gauge observations. Geodynamika, Vol. 2(17)/2014; 7–29.
23. Vernon, R., O'Neil, N., Pasquali R.: 2013, Screening of prospective sites for geological storage of CO2 in the Southern Baltic Sea. Espoo 2013. VTT Technology 101. 58 p.+app. 1 p.
24. Virbulis, J., Bethers, U., Saks, T., Sennikovs J., Timuhins, A.: 2013, Hydrogeological model of the Baltic Artesian Basin. Hydrogeology Journal. DOI 10.1007/s10040-013-0970-7.
https://doi.org/10.1007/s10040-013-0970-7
25. Zervas, C., Gill, S., Sweet, W.: 2013, Estimating Vertical Land Motion from Long-Term Tide Gauge Records. Technical Report National Ocean Service (NOS) CO-OPS 065, 22 p.