Podróż w czasie – kartograficzny obraz zlodowaconych Tatr – wywiad z dr. Jerzym Zasadnim

Nagrodzona mapa krakowskich naukowców pokazuje topografię Tatr sprzed 20 tys. lat, kiedy pokrywały je lodowce. Powstała ona w wyniku szczegółowych badań lodowcowych form rzeźby w terenie, analizy dotychczasowych opracowań w tym zakresie i  danych teledetekcyjnych. Mapę wykonano przy pomocy narzędzi systemów informacji geograficznej. Bazuje ona na cyfrowych modelach terenu, więc można powiedzieć, że także jest trójwymiarowym modelem, co odróżnia ją od tradycyjnych map. Autorami są dr inż. Jerzy Zasadni z Katedry Analiz Środowiskowych, Kartografii i Geologii Gospodarczej AGH i dr Piotr Kłapyta z Instytutu Geografii i Gospodarki Przestrzennej UJ, którzy od paru lat poszukują w Tatrach śladów zlodowaceń, łącząc w ten sposób miłość do gór i pracę naukową. Postanowili oni podsumować dotychczasowy stan wiedzy, uzupełniając go własnym wkładem. I udało się: po raz pierwszy została sporządzona mapa Tatr, która uwzględnia przestrzenny obraz lodowców, a nie tylko ich zasięg.  Zapraszamy do przeczytania wywiadu z dr. inż. Jerzym Zasadnim.

 

Dlaczego „Journal of Maps” uznało za najlepszą mapę pokazującą ostatnie zlodowacenie w Tatrach?

Mapa to obraz łączący w sobie dwa elementy. Pierwszy to informacja, która jest w niej zawarta, drugi to estetyka. Mapa musi dobrze wyglądać. Można opublikować w formie mapy bardzo dobre dane, ale zrobić to źle i wówczas mapa nie będzie czytelna. Można powiedzieć, że mapa to połączenie nauki ze sztuką. I to było oceniane. W czasopiśmie zresztą napisano wyraźnie, że mapa wygrywająca nie musi być mapą o najwyższych walorach estetycznych, nie musi też przedstawiać danych o najwyższym poziomie naukowym, musi natomiast w sposób wyważony łączyć obydwa elementy.

Mieli Panowie silną konkurencję. W „Journal of Maps” publikowane są niezwykle ciekawe opracowania.

Zgadza się. W finale była m.in. mapa pokazująca miejsca występowania mitycznych średniowiecznych stworów: smoków, czarownic, trolli i  wielu innych niesamowitych postaci. W 2011 roku konkurs wygrała mapa przedstawiająca konflikty zbrojne w Europie.  W „Journal of Maps” publikują naukowcy  z różnych dziedzin nauk przyrodniczych i społecznych. Każda mapa, opublikowana w tym czasopiśmie, bierze udział w konkursie na najlepszą mapę danego roku. Zresztą pomysł na czasopismo zrodził się z potrzeby. Pewne wyniki badań naukowych najlepiej jest przedstawić w formie graficznej na mapach. Taka forma prezentacji danych nie może jednak trafić do normalnego obiegu publikacyjnego ze względu na limity w czasopismach dotyczące kolorów czy rozmiarów figur. Dlatego powstało czasopismo, które daje taką możliwość – czasopismo online, bez kosztów druku, gdzie publikowane są mapy o dużych rozmiarach. Natomiast nagrodą za wyróżnienie mapy jest jej druk na papierze w limitowanej liczbie 200 sztuk. Gdyby ktoś chciał mieć wyróżnioną mapę w postaci papierowej, może zamówić ją przez stronę czasopisma. Każdą mapę publikowaną w czasopiśmie można także pobrać za darmo i wydrukować samemu.

Komu może służyć stworzona przez Panów mapa?

Jesteśmy przyzwyczajeni, że w AGH prowadzi się badania stosowane, ale na uczelni zajmujemy się również badaniami podstawowymi, które z założenia nie muszą mieć charakteru aplikacyjnego. Celem badań podstawowych jest opis otaczającego nas świata i próba zrozumienia zachodzących w nim procesów. Nasza mapa pokazuje coś, co już nie istnieje, ale dowody na to, jak to kiedyś było w Tatrach, są odnajdywane. Problem polega na właściwym ich odczytaniu. A co może wynikać z takiej mapy? Na mapie mamy układ lodowców sprzed 20  tys. lat. Z tego można np. odczytać warunki klimatyczne, jakie wtedy panowały.

Obecnie próby zrozumienia jak działa klimat to bardzo ważny temat badań.

Istotnie. Oczywiście nie można powiedzieć, że z naszej mapy dowiemy się czegoś zupełnie nowego, czego nie wiedzieliśmy dotychczas, ale to jest kolejna „cegiełka” w obszernej i multidyscyplinarnej dziedzinie wiedzy, która nazywa się geologia czwartorzędu – jednym z jej celów jest poznanie przeszłych zmian klimatycznych, aby móc lepiej rozumieć mechanizmy rządzące klimatem. Zwróćmy uwagę, że 20 tys. lat to dość bliska przeszłość geologiczna – można powiedzieć, że jedna z najbliższych. W skali geologicznej to było wczoraj. A wtedy surowość klimatu osiągnęła swoją maksymalną wartość na jaką stać system klimatyczny Ziemi. Można powiedzieć, że dzisiaj jesteśmy na drugim biegunie.  Zasięg i kształt lodowców są ściśle powiązane z warunkami klimatycznymi, dlatego w rozmieszczeniu form pozostawionych przez lodowce ukryta jest informacja o przeszłych warunkach klimatycznych, takich jak temperatura i sumy opadów. Odczytanie tej informacji nie jest proste i bywa niejednoznaczne, ale to na pewno bardzo pasjonujący temat badań. Dodatkowym celem przyświecającym nam podczas tworzenia mapy była chęć stworzenia nowatorskiego narzędzia do popularyzacji wiedzy.  Wydaje się, że pomysł był trafiony i promowanie wiedzy o naukach przyrodniczych i przemian środowiska naturalnego za sprawą takiej mapy będzie dużo łatwiejsze.  W Polsce podobnego opracowania jeszcze nie było, natomiast takie opracowanie są bardzo popularne w Alpach. Mapy alpejskie w bardzo przystępny sposób, podsumowują stan wiedzy geologicznej i geomorfologicznej na temat obecności lodowców na tamtym obszarze, a ich odbiorcami nie są jedynie specjaliści. Mamy nadzieje, że to samo można powiedzieć o naszej mapie.

Czy można powiedzieć, że mapa opracowana przez Panów podsumowuje półtorawieczne badania naukowe prowadzone na tym obszarze?

Obecnie nikt, kto zajmuje się jakąś dziedziną nauki, nigdy nie zaczyna jej od nowa. Rozpoczynając  badania tatrzańskie nie zastaliśmy „białej karty”, bo faktycznie badania w Tatrach trwają od ok. 150 lat; już  w połowie XIX wieku zostały odkryte dowody na zlodowacenie tego obszaru. Opracowań było wiele, ale żadne z nich nie było tak szczegółowe i nie uwzględniało przestrzennego obrazu lodowców. Mapa w niektórych częściach pokrywa się z wynikami wcześniejszych badań, a w innych je znacznie modyfikuje.

Niezwykle interesującym dodatkiem do pracy Panów jest animacja przelotu na Tatrami. Ale powstała jakby przy okazji?

Od początku pracy nad mapą robiliśmy ją w formie trójwymiarowej. Szkoda byłoby tego nie wykorzystać. Dodatkowo uczelnia od jakiegoś czasu zapewnia dostęp dla pracowników i studentów do oprogramowania ArcGIS firmy ESRI - światowego lidera w branży systemów informacji geograficznej - które umożliwiło nam wykonanie tego opracowania w takiej formie. Zresztą uczymy studentów wykorzystania narzędzi systemów informacji geograficznej w pacy z danymi przestrzennymi. To kluczowe w świecie opartym o informację. Konstruując tę mapę, byliśmy bardzo ciekawi, jak Tatry wyglądały 20 tys. lat temu. To było naprawdę pasjonujące, gdy mogliśmy obserwować, jak powoli wyłaniają się lodowce, jak ukazuje się zupełnie inny obraz topograficzny Tatr. Szczerze mówiąc, byłem bardzo zaskoczony tym, co zobaczyłem. Obraz Tatr w schematycznej konwencji kartograficznej wydawał nam się jednak niewystarczający, dlatego aby móc zobaczyć, jak nasze góry wyglądały naprawdę, poszliśmy krok dalej w stronę fotorealistycznej rekonstrukcji.

I tu niezbędna stała się matematyka?

Tak, w tym celu użyliśmy oprogramowania Terragen, służącego do kreowania wirtualnych krajobrazów. Oprogramowanie bazuje na grafice fraktalnej, można powiedzieć, że nieistniejący już krajobraz Tatr nakreślony został za pomocą równań matematycznych – fraktali, ale to oczywiście duże uproszczenie. Program ten umożliwił nam stworzenie całego wirtualnego świata, wszystkich aspektów środowiska, łącznie z chmurami, roślinami, fakturą skał, oświetleniem, przejrzystością atmosfery. Tą techniką wykonaliśmy drugą animacje ukazującą przelot nad największym tatrzańskim lodowcem – lodowcem Białki.  Animacje te, nie stanowiły części publikacji naukowej i nie były włączone do naszego opracowania. Jury oceniając mapę nie wiedziało o ich istnieniu. Za to już po ogłoszeniu wyników, gdy pokazałem członkom jury animacje, byli oni zaskoczeni taką formą prezentacji naszej mapy i umieścili je na swoich blogach, promując tym samym naszą pracę. Sądzę, że ani informacja o mapie, ani o jej wyróżnieniu nie rozeszłaby się tak szerokim echem, gdyby nie te animacje. Wiele osób sądzi, że nagrodę otrzymaliśmy za animacje właśnie, ale chcę podkreślić, że są one dodatkiem do mapy, nie odwrotnie.  Np. na animacjach nie ma nazw topograficznych, ale są one obecne na mapie.

 

Przypomnę, że filmy te można zobaczyć na kanale YouTube TV AGH. Ile lat pracy poświęcili Panowie na przygotowanie mapy?

Odtwarzanie lodowców w wirtualnej przestrzeni to był żmudny, trwający rok proces. Jednak praca ta  była poprzedzona wieloma latami zbierania danych terenowych dotyczących rozmieszczenia moren i form erozji lodowcowej, na których oparta jest rekonstrukcja. Dodatkowo przeanalizowaliśmy dane, które istnieją w literaturze, co wcale nie było proste, bo starsze opracowania nie są zbyt dokładne i nie pokazują jednego spójnego obrazu.  Wymagało to porównywania starszych map z naszymi wynikami prac terenowych i z danymi teledetekcyjnymi takimi jak zdjęcia lotnicze i cyfrowe model terenu. Jeśli chodzi o Tatry polskie, mamy obecnie fenomenalny model terenu o rozdzielczości jednego metra, który pochodzi ze skanowania laserowego. Taki model jest dokładny nawet w obszarach zalesionych, co było jeszcze parę lat temu nieosiągalne. Myślę że, ktoś kto wykonywał prace kartograficzne w gęstym tatrzańskim lesie potrafi docenić użyteczność takich danych. Nowoczesna technika, którą obecnie dysponujemy – sprzęt, oprogramowanie i dokładne dane – znacznie ułatwiają prace geologiczne i geomorfologiczne zarówno w terenie, dzięki nawigacji GPS jak i wykonaniu finalnego opracowania, czyli mapy. Takiej możliwości nie mieli badacze kilkadziesiąt lat temu. Można powiedzieć, że nasza mapa pokazuje także postęp w technologii jaką dysponujemy.

Osiągnęliście Panowie podwójny sukces: wygrana w konkursie oraz pomysł na propagowanie wiedzy z zakresu geomorfologii. Jakie mają Panowie dalsze plany naukowe? 

Nauka próbuje opisać świat za pomocą teorii i modeli. Nasza mapa to model wycinka przestrzeni geograficznej w danym momencie czasu. Istnieje taka teza, że każdy model jest błędny, a niektóre z nich są tylko bardziej użyteczne, czyli bliższe rzeczywistości. Jeśli więc ktoś uważa, że przedstawił model ostatecznie zgodny z prawdą, to znaczy, że właśnie mija się z prawdą. Zdajemy sobie z tego sprawę i wiemy gdzie nasz model może być poprawiony, gdzie dane są nadal ubogie, niejednoznaczne i gdzie potrzebne są dalsze badania. Te informacje także zawarliśmy w publikacji. Jednak teraz najbardziej interesują nas etapy recesji lodowców w Tatrach. Przedstawienie zasięgu lodowców podczas kilku etapów ich ustępowania, aż po ich zupełny zanik, to znacznie większe wyzwanie badawcze.

 

Dziękuję za rozmowę i życzę dalszych sukcesów.

Ilona Trębacz