Zastosowanie dekoncentrycznoœci przyrostów rocznych œwierka

Zastosowanie dekoncentrycznoœci przyrostów rocznych
œwierka pospolitego (Picea abies Karst.) w analizie
dynamiki osuwiska — przyk³ad z masywu Hrubégo
Jeseníka (Sudety Wschodnie)
ARTYKU£Y / ARTICLES
Ma³gorzata Wistuba, Ireneusz Malik, Holger Gärtner, Pawe³ Kojs, Marek
Kr¹piec
Abstrakt. Celem badañ by³o zweryfikowanie przydatnoœci dekoncentrycznoœci
przyrostu radialnego drzew oraz opracowanych wskaŸników (indeks procentowy)
w analizie ruchów osuwiskowych na przyk³adzie osuwiska Keprnícký (Hrubý
Jeseník, Sudety Wschodnie, Republika Czeska). Na badanym osuwisku próby
pobrano z 42 drzew, a na pobliskim stoku referencyjnym z 12 drzew (1 km od
osuwiska, podobna ekspozycja, nachylenie, wysokoϾ n.p.m. i budowa geologiczna).
Najstarszy sygna³ ruchu stoku wydatowano na rok 1836. W okresie 1836-2010
w opróbowanych drzewach ³¹cznie wydatowano 697 sygna³ów osuwania, które
skupiaj¹ siê g³ównie w latach: 1918-1944 (maks.: 1934-1939) oraz 1958-2001
(maks.: 1971-1999). Wyniki dendrochronologiczne porównano z miesiêcznymi
sumami opadów czerwca-wrzeœnia w pobliskich stacjach opadowych (1959-2008).
Badania potwierdzi³y przydatnoœæ analiz dekoncentrycznoœci wzrostu œwierków
pospolitych w okreœlaniu czasowej zmiennoœci aktywnoœci ruchów masowych.
Potwierdzono wystêpowanie na badanym stoku osuwania zarówno podczas d³ugotrwa³ych, rozlewnych opadów (np. w latach 1997-1999), jak i na skutek gwa³townych ulew (np. 1971, 1991).
S³owa kluczowe: dekoncentrycznoœæ wzrostu, dendrogeomorfologia, osuwiska,
œwierk pospolity, Sudety Wschodnie
Abstract. The aim of the study was to verify the usefulness of tree-growth eccentricity and indicators prepared for its analyses of eccentricity (percent index and its
intraannual variation) in studies on landslide movements, on the example of Keprnícký landslide (Hrubý Jeseník, Eastern Sudetes, Czech Republic). On the studied landslide we have sampled 42 trees, and on a nearby reference slope - 12 trees
(1 km away, similar aspect, slope, elevation a.s.l. and geological composition). The
oldest landsliding event was dated to 1836. In the period 1836-2010 in sampled
trees we have dated a total of 697 signals of landsliding, which concentrate mainly
in years: 1918-1944 (max.: 1934-1939) and 1958-2001 (max.: 1971-1999). Dendrochronological results were compared with monthly precipitation totals of JuneSeptember on nearby gauging stations (1959-2008). Studies have confirmed the
usefulness of eccentricity analyses of spruce growth in determining the temporal
pattern of mass-movement activity. We found out that the occurrence of landsliding
on studied slope both during long-term, extensive rainfalls (e.g. in 1997-1999) and
as a result of abrupt, torrential downpours (e.g. 1971, 1991).
Key words: growth eccentricity, dendrogeomorphology, landslides, Norway spruce, Eastern Sudetes
Studia i Materia³y CEPL w Rogowie
R. 14. Zeszyt 1 (30) / 2012
185
Wstêp
Pnie drzew porastaj¹cych osuwiska s¹ czêsto pochylone lub wygiête (Ryc. 1. A-B, Alestalto
1971; Shroder 1980; Braam 1978; Wistuba, Malik 2011) na skutek oddzia³ywania ruchów masowych. Zaburzeniom zewnêtrznym odpowiadaj¹ zmiany w anatomii drewna: np. dekoncentrycznoœæ
wzrostu (Shroder 1980; Butler 1987).
B
A
C
os
uw
a
nie
oddziaływanie
procesów
geomorfologicznych
ie
an
uw
os
s
powierzchnia
poślizgu
e
ani
kiw
u
ł
p
wektor
grawitacji
strona pnia
wykształcająca szersze
przyrosty
przyrost odstokowy
>
prz. dostokowy prz. odstokowy
dekoncentryczność odstokowa
<
przyrost dostokowy
dekoncentryczność dostokowa
prz. odstokowy
=
prz. dostokowy
oś poboru
prób
brak dekoncentryczności
Ryc. 1. Deformacje zewnêtrzne i zmiany anatomii drewna œwierków pospolitych porastaj¹cych stoki
osuwiskowe: pieñ pochylany odstokowo (A) i dostokowo (B), oraz przyk³ad œwierka rosn¹cego na
stoku stabilnym: pieñ prosty (C)
Fig. 1. External and internal deformations of wood anatomy in Norway spruce trees growing on
landslide slopes: stem tilted downslope (A) and upslope (B), an example of spruce growing on stable
slope - straight vertical stem (C)
Ka¿dy przyrost roczny wykazuj¹cy dekoncentrycznoœæ, a tak¿e towarzysz¹ce mu drewno reakcyjne, dostarcza informacji o stresie œrodowiskowym wp³ywaj¹cym na wzrost drzewa w odpowiednim roku. Przebieg osuwania w terenach zalesionych jest zapisywany rok po roku, przez ca³y okres
¿ycia drzew. Jest to zalet¹ metody dendrogeomorfologicznej w porównaniu z innymi sposobami
analizy dynamiki osuwisk, co potwierdzaj¹ przyk³ady dotychczasowych badañ (Shroder 1978;
Braam et al. 1987; Schweingruber 1996; Corominas, Moya 2010; Fantucci, Sorriso-Valvo 1999;
Kr¹piec, Margielewski 2000; Gers et al. 2001).
Dekoncentrycznoœæ wzrostu to tendencja drzewa do wykszta³cania szerszych przyrostów rocznych po jednej stronie pnia (Ryc. 1). Wystêpuje gdy intensywnoœæ wzrostu w obwodzie pnia jest
nierównomierna. Za przyczynê wykszta³cania dekoncentrycznoœci uznaje siê oddzia³ywanie niewielkiego stresu mechanicznego w pochylonym pniu, gdzie oddzia³ywanie grawitacji ziemskiej
186
M. Wistuba, I. Malik, H. Gärtner, P. Kojs, M. Kr¹piec Zastosowanie dekoncentrycznoœci....
powoduje wzmo¿ony wzrost jego œciskanej, dolnej czêœci u drzew iglastych (np. œwierka pospolitego — Ryc. 1), a rozci¹ganej, górnej czêœci u drzew liœciastych (Timell 1986; Schweingruber
2007). Dekoncentrycznoœæ mo¿e byæ powodowana oddzia³ywaniem ró¿nych czynników (np. wiatru, geomorfologicznych ruchów masowych, pe³zania œniegu, kszta³tu systemu korzeniowego, kszta³tu
korony (Schweingruber 1996; Krzysik 1974; Wade, Wendel-Hewson 1979)).
Mo¿liwoœæ zastosowania dekoncentrycznoœci w badaniach geomorfologicznych odnotowali
Malik i Ciszewski (2008) dla erozji fluwialnej, Hupp (1986) i Vanderkerckhove et al. (2001) dla
erozji w¹wozowej oraz Koprowski et al. (2010) dla migracji wydm nadmorskich. Zjawisko pochylania drzew na aktywnych geomorfologicznie stokach i ich wyginania pod wp³ywem grawitacyjnych ruchów masowych, takich jak pe³zanie, osuwanie, zaobserwowali m.in. Braam et al. (1987),
Schweingruber (1996), Corominas i Moya (2010), Fantucci i Sorriso-Valvo (1999) oraz
Kr¹piec i Margielewski (2000). Braam et al. (1987) zaproponowali tak¿e sposób obliczania wskaŸników dekoncentrycznoœci. Próbê usystematyzowania zastosowania dekoncentrycznoœci podjêli
Casteller et al. (2008) w badaniach lawin œnie¿nych, opieraj¹c siê na indeksie opracowanym przez
Schweingrubera (1996) do badañ pe³zania pokrywy œnie¿nej. Inn¹ metodê obliczeniow¹ zastosowa³
Burkhalter do studiów adaptacji drzew do wp³ywu wiatru (vide Schweingruber 1996).
¯adna z wymienionych matematycznych metod analizy dekoncentrycznoœci nie znajduje zastosowania w dendrogeomorfologicznych badaniach osuwisk, gdy¿: (1) nie pozwalaj¹ one rozró¿niaæ
kierunku pochylenia i wykszta³cania dekoncentrcznoœci (do- lub odstokowego) lub porównywaæ
skali dekoncentrycznoœci do- i odstokowej, (2) zawieraj¹ skomplikowane procedury statystyczne niedostosowane do potrzeb geomorfologii, (3) nie uwzglêdniaj¹ porównania wyników z osuwisk ze
stabilnymi stokami referencyjnymi.
W celu skutecznego zastosowania dekoncentrycznoœci w datowaniu osuwisk opracowano
metodê analizy dekoncentrycznoœci przyrostów rocznych (Wistuba, Malik 2011). Celem przedstawionych w artykule badañ by³a ocena aktywnoœci osuwiska Keprnícký na podstawie analizy
dekoncentrycznoœci przyrostów porastaj¹cych je drzew - œwierków pospolitych oraz opracowanych dla dekoncentrycznoœci wskaŸników (procentowy indeks i jego zmiennoœæ roczna) w analizie ruchów osuwiskowych na przyk³adzie osuwiska Keprnícký. Artyku³ ma na celu zaprezentowanie mo¿liwoœci szerszego zastosowania dekoncentrycznoœci przyrostów w dendrogeomorfologii.
Materia³ i metody
Badania prowadzono w œredniogórskim masywie Hrubégo Jeseníka, w Sudetach Wschodnich
(Republika Czeska, Ryc. 2. A). Badane stoki znajduj¹ siê w masywie Keprníka-Šeraka (1423-1351
m n.p.m.), w dolinie potoku Keprnícký, gdzie w pod³o¿u wystêpuj¹ ska³y metamorficzne (³upki
i gnejsy). W najwy¿szych partiach masywu Hrubégo Jeseníka, gdzie prowadzono badania, œrednia
roczna suma opadów przekracza lokalnie 1500 mm, a po³owa opadów wystêpuje latem. Intensywnoœæ opadów mo¿e siêgaæ 220 mm na dobê, a lokalnie nawet 260-300 mm na 5-12 godzin (Štekl et
al. 2001). W ostatnich 500 latach ekstremalne epizody opadowe spowodowa³y wyst¹pienie wezbrañ
o skali lokalnej i regionalnej (15 wezbrañ tylko w XX wieku; Polách, Gába 1998).
W analizie porównawczej wyników dendrochronologicznych z danymi opadowymi wykorzystano miesiêczne sumy opadów ze stacji opadowych Heømanovice i Rejvíz, po³o¿onych w pobli¿u
badanego osuwiska (oddalonych odpowiednio o 17 i 15 km). Œrednia roczna suma opadów na tych
stacjach, dla okresu 1961-2000 wynosi odpowiednio 921 mm i 1025 mm (dane: Czeski Instytut
Hydrologiczno-Meteorologiczny). Badane stoki nale¿¹ do piêtra regla dolnego, gdzie naturalnym
zbiorowiskiem leœnym s¹ lasy bukowe z bukiem zwyczajnym (Fagus sylvatica L.) i jod³¹ pospolit¹
(Abies alba Mill., Seneta, Dolatowski 2008), jednak wspó³czeœnie stanowisko porastaj¹ monokultury œwierka pospolitego (Picea abies Karst.).
Studia i Materia³y CEPL w Rogowie
R. 14. Zeszyt 1 (30) / 2012
187
yckie
20°E
M. Bałt
1350
1423
1 km
STOK REFERENCYJNY
Wisła
R. C
Wsch.
ZES
KA
POLSKA
ický
Sudety
Karpaty
Kep
rn
Su Odr
a
Zach. de
t
Śr. y
STOK OSUWISKOWY
N
52°N
zlewnia
potoku
Karpaty Za
Ka
rp
aty
chodnie
ho
stan. Keprnícký
jęzory osuwiskowe
łachy przykorytowe
obniżenie
wsteczne
koryta cieków
nisze osuwiskowe
podcięcia erozyjne
pokrywy blokowe
opróbowane
drzewa
torfowiska
granice
zlewni
W
sc
dn
ie
A
B
potoki,
rzeka główna
C
Bělá
N
50 m
Keprnícký
Ryc. 2. Lokalizacja stanowiska Keprnícký w Sudetach Wschodnich (A), w zlewni potoku Keprnícký
(B). RzeŸba badanego osuwiska wraz z lokalizacj¹ opróbowanych drzew (C)
Fig. 2. Location of Keprnícký site in Eastern Sudetes (A), in the catchment of Keprnícký stream (B).
Relief of studied landslide with the location of sampled trees (C)
Stok osuwiskowy i referencyjny
Stanowisko jest czêœci¹ stoku osuwiskowego po³o¿onego w œrodkowym biegu doliny. Badane osuwisko (d³ugoœci 200 m, szerokoœci 300 m) ci¹gnie siê od grzbietu (~910 m n.p.m.) do dna
doliny i koryta potoku (~850 m n.p.m., Ryc. 2. C). W rzeŸbie osuwiska widoczna jest pojedyncza,
rozleg³a i stroma nisza osuwiskowa (nachylenie niemal 75 %) oraz stosunkowo p³aska powierzchnia
jêzora osuwiskowego (<10 % w obrêbie sp³aszczeñ, >40 % w obrêbie progów). Niszê pokrywaj¹
luŸne g³azy (do 2 m œrednicy), a mikro-rzeŸba wskazuje na ich wyciskanie ze stoku. Morfologia
stoku sugeruje wystêpowanie wspó³czeœnie i w przesz³oœci aktywnych ruchów masowych. Prawdopodobnie w obrêbie starszego, g³êboko osadzonego osuwiska zachodzi wspó³czeœnie potomne
osuwanie.
W odleg³oœci 1 km od osuwiska (Ryc. 2. B), w górnej czêœci doliny potoku Keprnícký
zlokalizowano stanowisko referencyjne. Znajduje siê on na stoku o podobnej ekspozycji, nachyleniu, wysokoœci nad poziomem morza i budowie geologicznej co stok osuwiskowy. Stok referencyjny ma g³adk¹ powierzchniê o rzeŸbie pozbawionej oznak wystêpowania ruchów masowych, a w szczególnoœci osuwania.
188
M. Wistuba, I. Malik, H. Gärtner, P. Kojs, M. Kr¹piec Zastosowanie dekoncentrycznoœci...
Analizy dendrochronologiczne
Na stoku osuwiskowym opróbowano 42, a na stoku referencyjnym - 12 œwierków. Z ka¿dego
drzewa pobierano po dwa wywierty przy pomocy standardowego œwidra przyrostowego (œrednicy
4 mm). Pary wywiertów pobierano na wysokoœci pierœnicy, w jednej osi, zgodnej z nachyleniem stoku. Zastosowana procedura poboru prób pozwoli³a na uzyskanie danych o szerokoœci
przyrostów rocznych po do- i odstokowych stronach pni drzew. Wszystkie próby pobrano ze
œwierków pospolitych (Picea abies Karst.). Opróbowano jedynie drzewa wczeœniej wizualnie ocenione jako zdrowe. Skoncentrowano siê na drzewach o pniach najbardziej zdeformowanych i pochylonych. Próby pobierano na ca³ej powierzchni osuwiska, ze zró¿nicowanych geomorfologiczne
lokalizacji (z niszy jêzorów, strefy przykorytowej: Ryc. 2. C).
Szerokoœci przyrostów rocznych pomierzone dla do- i odstokowych stron pni poszczególnych
drzew zosta³y porównane i przekszta³cone w indeks dekoncentrycznoœci przyrostów rocznych przy
u¿yciu nastêpuj¹cych wzorów (Wistuba, Malik 2011):
gdy Ex [mm] > 0:dekoncentrycznoϾ dostokowa;
gdy Ex [mm] = 0:brak dekoncentrycznoœci;
gdy Ex [mm] < 0:dekoncentrycznoϾ odstokowa;
Ex [mm] = Ux - Dx;
Eix [%] = (Ex / Dx) x 100% > 0;
Eix [%] = Ex [mm] = 0;
Eix [%] = (Ex / Ux) x 100% < 0;
[1];
[2a];
[2b];
[2c];
gdzie: U — szerokoœæ przyrostu rocznego po dostokowej stronie pnia [mm]; D — szerokoœæ
przyrostu rocznego po odstokowej stronie pnia [mm]; E — dekoncentrycznoœæ przyrostu rocznego
[mm]; Ei — indeks dekoncentrycznoœci przyrostu rocznego [%]; x — rok (przyrost roczny).
Datowanie momentów osuwania stoku wykonano w oparciu o wskaŸnik rocznej zmiennoœci
indeksu (vEix [%]), obliczany jako ró¿nica wartoœci indeksu w wybranym roku i roku poprzednim:
vEix [%] = Eix - Eix-1;
[3];
gdzie: Ei — indeks dekoncentrycznoœci przyrostu rocznego [%]; vEi — zmiennoœæ roczna
indeksu [%]; x — rok (przyrost roczny).
Do datowania zastosowano wartoœci progowe zmiennoœci indeksu obliczone dla stanowiska
referencyjnego, które dla stoku w dolinie potoku Keprnícký wynosz¹ -59,54 % dla epizodów
odstokowych i 56,38 % dla epizodów dostokowych. Procedurê datowania osuwania w oparciu
o wskaŸniki dekoncentrycznoœci wzrostu i progi referencyjne szczegó³owo omówiono w publikacji
Wistuby i Malika 2011. Uzyskany dendrochronologiczny zapis osuwania pod³o¿a na stanowisku
Keprnícký porównano z danymi opadowymi (Ryc. 4). W analizie wykorzystano dane dla czerwca,
lipca, sierpnia i wrzeœnia - miesiêcy z najwiêkszymi sumami opadów, prawdopodobnie odpowiedzialnymi za uruchamianie badanego osuwiska Keprnícký.
Wyniki i dyskusja
Przebieg krzywych indeksu dekoncentrycznoœci w próbach ze stoku referencyjnego i osuwiskowego znacz¹co siê ró¿ni. Wartoœci indeksu dla drzew rosn¹cych na pod³o¿u stabilnym oscyluj¹ oko³o 0%,
rzadko przekraczaj¹c ±100% w trakcie ca³ego okresu ¿ycia drzew (np. przed rokiem 1989; Ryc. 3).
Pojedyncze lata i kilkuletnie okresy dekoncentrycznoœci od- i dostokowej wystêpuj¹ naprzemiennie, co
zinterpretowano jako zapis ci¹g³ego balansowania drzewa, które utrzymuje pionow¹ pozycjê i równowagê na stoku. Balansowanie jest efektem ci¹g³ej koniecznoœci zwalczania wp³ywu zaburzaj¹cych czynników, takich jak: wiatr, nacisk pokrywy œnie¿nej, wzrost masy drzewa w czasie wraz z jego wzrostem.
Studia i Materia³y CEPL w Rogowie
R. 14. Zeszyt 1 (30) / 2012
189
dostokowej
odstokowej
indeks dekoncentryczności:
900
800
700
600
500
400
300
200
100
0
-100
1850
1860
1870
1880
1890
1900
1910
1920
1930
1940
1950
1960
1970
1980
1990
2000
Ryc. 3. Przyk³ad przebiegu indeksu dekoncentrycznoœci dla œwierka rosn¹cego na osuwisku Keprnícký
Fig. 3. Example of eccentricity index in the spruce growing on the Keprnícký landslide
Czêœæ drzew rosn¹cych na osuwisku Keprnícký wykazuje w pocz¹tkowym okresie ¿ycia przebieg dekoncentrycznoœci podobny do drzew na stoku referencyjnym. PóŸniej obserwujemy mniej
lub bardziej gwa³town¹ zmianê (wzrost lub spadek, np.: Ryc. 3: stabilny wzrost przed 1989
i póŸniejszy skok wartoœci indeksu). Czêœæ drzew nie wykazuje pocz¹tkowego okresu stabilnego
wzrostu - wartoœci indeksu s¹ wysokie od pierwszych lat ¿ycia drzew, co dowodzi, ¿e od pocz¹tku
rosn¹ one na niestabilnym pod³o¿u.
Na osuwisku Keprnícký wartoœci indeksu dekoncentrycznoœci siêgaj¹ (dla pojedynczych przyrostów rocznych) 3450,00% — w przypadku dekoncentrycznoœci dostokowej i -1011,43% — w przypadku dekoncentrycznoœci odstokowej.
D³ugoœæ serii danych dendrochronologicznych, zale¿na od wieku drzew, w przypadku osuwiska Keprnícký siêga pierwszej po³owy XIX wieku. Spoœród 42 serii indeksu dekoncentrycznoœci
31 siêga co najmniej do roku 1900.
Najstarszy sygna³ ruchu stoku wydatowano (przy u¿yciu dekoncentrycznoœci wzrostu) na 1836.
W ci¹gu 174 lat (1836-2010) w opróbowanych 42 drzewach ³¹cznie wydatowano 697 sygna³ów
osuwania. 574 z nich (82,35%) to sygna³y dostokowe. Sygna³y grupuj¹ siê nierównomiernie
w czasie: w latach 1918-1944 (do 7 sygna³ów/reaguj¹cych na osuwanie drzew w roku), z maksimum w okresie 1934-1939 oraz w latach 1958-2001 (do 15 sygna³ów/reaguj¹cych na osuwanie
drzew w roku), z maksimum w latach 1971-1999 (Ryc. 4).
Ze wzglêdu na dostêpnoœæ danych meteorologicznych dla lat 1959-2008, okres ten wybrano do
szczegó³owej analizy relacji miedzy przebiegiem dekoncentrycznoœci/aktywnoœci osuwiska a warunkami opadowymi.
Przeanalizowano zmiennoœæ liczby wydatowanych sygna³ów osuwania w latach 1959-2008
(Ryc. 4). Okreœlono tak¿e procentowy udzia³ drzew wykazuj¹cych do- i odstokowe sygna³y osuwania pod³o¿a. Obliczono œredni¹ si³ê [%] do- i odstokowych sygna³ów dekoncentrycznoœci wydatowanych dla poszczególnych lat (Ryc. 4).
Najwiêksz¹ liczbê sygna³ów aktywnoœci osuwiska Keprnícký wydatowano dla roku 1999 (15
sygna³ów, >35% opróbowanych drzew), gdy suma opadów lipca przekroczy³a wartoœæ œredni¹
(Ryc. 4). Tak¿e dwa poprzednie lata (1997 i 1998) s¹ powszechnie rozpoznawane jako lata katastrofalnych opadów i powodzi letnich. Pomimo to bezwzglêdna iloœæ sygna³ów i ich procentowy udzia³
w populacji opróbowanych drzew najwy¿sze s¹ dopiero w roku 1999. Jest prawdopodobne, ¿e
w latach 1997-1998 mia³y miejsce przygotowawcze, inicjalne ruchy masowe, które zwiêkszy³y
niestabilnoœæ pod³o¿a, przez co stok sta³ siê bardziej podatny na osuniêcie w roku 1999.
190
M. Wistuba, I. Malik, H. Gärtner, P. Kojs, M. Kr¹piec Zastosowanie dekoncentrycznoœci....
400
0
300
0
Studia i Materia³y CEPL w Rogowie
1995
2000
2005
2000
2005
1990
1990
1995
1985
100
1985
WRZESIEŃ
1980
200
1980
400
1975
0
1975
500
2005
2000
1995
1990
1985
1980
1975
1970
700
1970
0
1970
800
2005
2000
1995
1990
1985
1980
1975
1970
1965
200
1965
2005
2000
1995
1990
1985
2005
2000
1995
1990
1985
1980
-300
1980
-200
1975
0
1975
-100
1970
100
1970
200
1965
300
1965
300
1965
-400
1965
400
1960
500
1960
15
1960
600
1960
odstokowe
dostokowe
2005
2000
1995
1990
1985
1980
1975
1970
1965
1960
0
1960
dostokowe
udział drzew wykazujących sygnały osu- sygnały osuwania wywania (na bazie dekoncentryczności) [%] datowane na bazie
dekoncentryczności
40
1960
odstokowe
miesięczne sumyopadów na stacjach pomiarowych
- Rejvíz and
- Heřmanovice
średnia siła dekoncentryczności
średnie miesięczne opady (1961-2000)
- Rejvíz and
- Heřmanovice [mm]
wydatowanych sygnałów osuwania [%]
16
12
8
4
30
35
20
25
15
10
5
5
0
10
100
CZERWIEC
600
LIPIEC
500
400
300
200
100
300
SIERPIEŃ
200
100
Ryc. 4. Porównanie dendrochronologicznego zapisu osuwania uzyskanego na bazie dekoncentrycznoœci wzrostu z przebiegiem miesiêcznych sum opadów czerwca-wrzeœnia
Fig. 4. Comparison of dendrochronological record of landsliding obtained with the use of growth
eccentricity with mothly precipitation of June-September
R. 14. Zeszyt 1 (30) / 2012
191
Czytelnym przyk³adem wydatowanych sygna³ów osuwania spowodowanego przez obfite opady jest rok 1980 (12 sygna³ów: zareagowa³o 12 spoœród 39 drzew ¿yj¹cych w 1980 roku, t.j. >30%,
pozosta³e 3 drzewa s¹ m³odsze) o wysokiej sumie opadów w lipcu (Ryc. 4). Jednak lata z du¿¹
iloœci¹ sygna³ów osuwania wydatowanych dziêki dekoncentrycznoœci nie zawsze charakteryzuj¹ siê
jednoczeœnie wysokimi sumami miesiêcznymi opadów. Przyk³adem takiej sytuacji s¹ lata: 1971 (14
sygna³ów, ~40% opróbowanych drzew), 1974 (12), 1978 (14, > 40%), 1984 (14, ~35%), 1988
(13), 1992 (12) i 1995 (13). Jest to prawdopodobnie efekt du¿ego lokalnego zró¿nicowania opadów,
szczególnie letnich nawalnych. Jest to tak¿e dowód na to, ¿e osuwanie mo¿e byæ prawdopodobnie
powodowane pojedynczymi ulewnymi opadami, które nie zaznaczaj¹ siê w miesiêcznych sumach
opadów (tylko nieznacznie przekraczaj¹cych wartoœci œrednie: Ryc. 4).
Znaczenie lokalnych ulew potwierdzaæ mo¿e tak¿e porównanie si³y sygna³ów i danych opadowych. Epizody osuwania o ekstremelnej sile nie pokrywaj¹ siê z latami o najwiêkszych sumach
miesiêcznych opadów. Lata o ekstremalnej sile sygna³ów to (Ryc. 4): 1968 (sygna³y dostokowe
>200%), 1971, 1975 (odstokowe <-200%), 1984-5, 1988, 1991-2, 1994, 1999, 2001, 2004-5,
2007 (dostokowe >200%). Wyjaœnieniem jest prawdopodobnie wystêpowanie nag³ych, katastroficznych, lecz lokalnych ulew, takich jak w:
— kwietniu 1971 - gdy, wed³ug Štekla et al. (2001), opady by³y katastrofalne w rejonie doliny
potoku Keprnícký, ale nie zosta³y zarejestrowane na stacjach pomiarowych odleg³ych o 15-17
km (Ryc. 4),
— lipcu 1991 - gdy suma miesiêczna opadów ledwie osi¹gnê³a œredni¹ (Ryc. 4), a zaobserwowano
katastrofalne opady, które spowodowa³y aktywacjê ruchów masowych na stokach - sp³ywów
gruzowych (Gába 1992).
Uzyskane wyniki wskazuj¹ na odmienne ni¿ opisywane dla osuwisk w Karpatach fliszowych
(Gorczyca 2004; Starkel 1996) warunki uruchamiania osuwania. Dotychczas nie opisywano jednak
przypadków wystêpowania g³êbokich ruchów masowych w Hrubým Jeseníku, a poznanie machenizmów i warunków meteorologicznych uaktywniania osuwisk w krystalicznym pod³o¿u Sudetów
Wschodnich wymaga dalszych badañ.
Na podstawie uzyskanych danych stwierdzono tak¿e, ¿e sygna³y osuwania o du¿ej sile (Ryc. 4)
koreluj¹ generalnie du¿¹ wilgotnoœci¹ okresu letniego (miesiêczne sumy opadów czerwca-sierpnia
powy¿ej œredniej), n.p.: 1968, 1972, 1975, 1989, 1999.
Lata 1980 (silne sygna³y do- i odstokowe), 1985, 1997 (dostokowe) s¹ wyj¹tkami z du¿ymi
sumami opadów i odpowiednio du¿¹ si³¹ sygna³ów. Jednak¿e lata z najwy¿szymi sumami opadów
(1997) i najwiêksz¹ liczb¹ wydatowanych sygna³ów (1999) nie cechuj¹ siê du¿¹ ich si³¹. W niektórych przypadkach du¿a iloœæ sygna³ów osuwania jest zapisana rok/dwa lata po epizodach opadowych, przyk³adami (Ryc. 4) s¹ wy¿ej wymieniony rok 1999 po powodziach letnich z lat
1997-1998, rok 1988 po mokrym sierpniu 1987, 1992 po katastrofalnej ulewie z lipca 1991.
Przyczynami takiego dendrochronologicznego zapisu osuwania mog¹ byæ:
— wzrost niestabilnoœci na stoku po inicjalnych ruchach masowych podczas katastrofalnych opadów, w kolejnych latach osuwanie mo¿e zostaæ wywo³ane przez s³absze opady (1997-9),
— przed³u¿ona, silna reakcja drzew spowodowana szczególnie katastrofalnym osuwaniem w roku
poprzednim (prawdopodobnie w latach: 1991-2),
— osuwanie w koñcu sezonu wegetacyjnego - reakcja drzew jest opóŸniona do pocz¹tku kolejnej
wiosny (prawdopodobnie rok 1988 po opadach i osuwaniu w sierpniu 1987).
Wnioski
l Przeprowadzone badania wskazuj¹, ¿e dekoncentrycznoœæ przyrostów rocznych œwierka pospolitego mo¿e byæ stosowana jako wskaŸnik aktywnoœci osuwania pod³o¿a. Indeks dekoncentrycznoœci pozwala porównywaæ intensywnoœæ reakcji drzew rosn¹cych w ró¿nych pod wzglê-
192
M. Wistuba, I. Malik, H. Gärtner, P. Kojs, M. Kr¹piec Zastosowanie dekoncentrycznoœci....
dem rzeŸby po³o¿eniach, a tym samym porównywaæ intensywnoœæ ruchu pod³o¿a. Œwierki
porastaj¹ce stok osuwiskowy wykazuj¹ znacznie silniejsz¹ dekoncentrycznoœæ ni¿ drzewa ze
stoku stabilnego, referencyjnego.
l Analiza dekoncentrycznoœci wzrostu œwierków na osuwisku Keprnícký pozwoli³a okreœliæ
czasow¹ zmiennoœæ aktywnoœci ruchów masowych i porównaæ j¹ z danymi opadowymi.
W przysz³oœci zastosowanie metody indeksu dekoncentrycznoœci pozwoli byæ mo¿e okreœlaæ
warunki progowe uruchomienia ruchów masowych, okreœlaæ stopieñ zagro¿enia osuwaniem
dla wybranych stoków oraz stosowaæ uzyskane wyniki w praktyce — min. uwzglêdniaæ
w planach zagospodarowania przestrzennego.
Podziêkowania
Artyku³ przedstawia wyniki badañ finansowanych przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa
Wy¿szego / Narodowe Centrum Nauki. Badania przeprowadzono w roku 2010 w ramach projektu
badawczego „Funkcjonowanie systemu geomorfologicznego stok-koryto w wybranych ma³ych
zlewniach masywu Hrubégo Jeseníka (Sudety Wschodnie)” N N306 718240.
Literatura
Alestalo J. 1971. Dendrochronological interpretation of geomorphic processes. Fennia 105: 1-140.
Braam R. R., Weiss E. E. J., Burrough P. A. 1987. Dendrogeomorphological analysis of mass movement a technical note on the research method. Catena Supplement 9: 585-589.
Butler D. R. 1987. Teaching general principles and applications of dendrogeomorphology. J. Geol.
Educ. 35: 64-70.
Casteller A., Christen M,. Villalba R., Martinez H., Stöckli V., Leiva J. C., Bartelt P. 2008. Validating
numerical simulations of snow avalanches using dendrochronology: the Cerro Ventana event in
North Patagonia, Argentina. Nat. Hazards Earth Sys. Sci. 8: 433-443.
Corominas J., Moya J. 2010. Contribution of dendrochronology to the determination of magnitudefrequency relationships for landslides. Geomorphology 124: 137-149.
Fantucci R., Sorriso-Valvo M., 1999. Dendrogeomorphological analysis of a slope near Lago Calabria (Italy). Geomorphology 30: 165-174.
Gába Z. 1992. Mury pod Keprníkem v èervenci 1991. Severní Morava 64: 5-30.
Gers E., Florin N., Gärtner H., Glade T., Dikau R., Schweingruber F. H. 2001. Application of shrubs
for dendrogeomorphological analysis to reconstruct spatial and temporal landslide movement
patterns. A preliminary study.W: Dikau R. Schmidt K. H. (red.). Mass Movements in South, West
and Central Germany. Z. Geomorphol. Suppl. 125: 163-175.
Gorczyca E. 2004. Przekszta³canie stoków fliszowych przez procesy masowe podczas katastrofalnych
opadów (dorzecze £ososiny). Wydawnictwo Uniwersytetu Jagielloñskiego, Kraków.
Hupp C. R. 1986. The headward extend of fluvial landforms and associated vegetation on Massanutten Mountain, Virginia. Earth Surf. Proc. Landf. 11: 545-555.
Koprowski M., Winchester V., Zielski A. 2010. Tree reactions and dune movements: Slowinski National Park, Poland. Catena 81: 55-65.
Kr¹piec M., Margielewski W. 2000. Analiza dendrogeomorfologiczna ruchów masowych na obszarze
polskich Karpat fliszowych. Geologia Kwart. AGH 26, 2: 141-171.
Krzysik F. 1974. Nauka o drewnie. PWN, Warszawa.
Malik I., Ciszewski D. 2008. Meandering river bank erosion and channel lateral migration recorded
in black alder (Alnus glutinosa) tree rings. Tree Rings in Archaeology, Climatology and Ecology
7: 133-139.
Polách D., Gába Z. 1998. Historie povodní na šumperském a jesenickém okrese. Severní Morava 75:
3-30.
Schweingruber F. H. 1996. Tree rings and Environment. Dendroecology. Swiss Federal Institute for
Forests, Snow and Landscape Research, WSL/FNP Birmensdorf, Paul Haupt Publishers Berne,
Stuttgart, Vienna.
Schweingruber F. H. 2007. Wood Structure and Environment. Springer-Verlag, Berlin.
Seneta W., Dolatowski J. 2008. Dendrologia. PWN, Warszawa.
Studia i Materia³y CEPL w Rogowie
R. 14. Zeszyt 1 (30) / 2012
193
>
Shroder J. F. 1978. Dendrogeomorphological analysis of mass movement on table cliffs plateau, Utah.
Quaternary Res. 9: 168-185.
Shroder J. F. 1980. Dendrogeomorphology: review and new techniques of tree-ring dating. Prog.
Phys. Geog. 4: 161-188.
Starkel L. 1996. Geomorphic role of extreme rainfalls in the Polish Carpathians. Studia Geomorphologica Carpatho-Balcanica 30: 21-38.
v
Štekl J., Brázdil R., Kakos V., Jez J., Tolasz R., Sokol Z. 2001. Extrémní denní srázkové
úhrny na území
ÈR v období 1879-2000 a jejich synoptické pøíèiny. Národní klimatický program Èeské republiky
31, Praha.
Timell T. E. 1986. Compression wood in gymnosperms. Springer-Verlag, New York.
Vanderkerckhove L., Muys B., Poesen J., Weerdt de B., Coppé N. 2001. A method for dendrochronological assessment of medium-term gully erosion rates. Catena 45: 123-161.
Wade J. E., Wendel-Hewson E. 1979. Trees as a local climatic wind indicator. J. Clim. Appl. Meteorol.
18: 1182-1187.
Wistuba M., Malik I. 2011. Indeks dekoncentrycznoœci przyrostów rocznych drzew — narzêdzie do
identyfikacji wspó³czesnych ruchów osuwiskowych. Czasopismo Geograficzne 82(4):401-421.
Ma³gorzata Wistuba1*, Ireneusz Malik1, Holger Gärtner2, Pawe³ Kojs3, Marek Kr¹piec4
*[email protected]
1
Katedra Paleografii i Paleoekologii Czwartorzêdu, Wydzia³ Nauk o Ziemi, Uniwersytet Œl¹ski
2
WSL Birmensdorf
3
Ogród Botaniczny Centrum Zachowania Ró¿norodnoœci Bilogicznej, Polska Akademia Nauk
4
Wydzia³ Geologii, Górnictwa i Ochrony Œrodowiska, Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków
194
M. Wistuba, I. Malik, H. Gärtner, P. Kojs, M. Kr¹piec Zastosowanie dekoncentrycznoœci...