Történelem | Jog | Életmód | Földrajz | Kultúra | Egészség | Gazdaság | Politika | Mesterségek | Tudományok

A TUDÁS 365+1 NAPJA

A földtant más természettudományoknál nagyobb bizonytalanságok jellemzik. Ennek egyik fő oka térbeli: a Föld kérgét alkotó képződményekhez ugyanis csak igen korlátozott mértékben lehet hozzáférni, felszíni feltárásokban, fúrásokkal vagy föld alatti bányákban. Ezeken felül csak a geofizika szolgáltathat közvetett információkat a Föld mélyéről. A bizonytalanságok másik fő forrása az idő. A földtani kutatások fő színtere ugyanis a földtörténeti múlt, a jelenben szerzett földtani ismeretek és feltevések alapján. Minél jobban távolodunk a jelentől, annál bizonytalanabbá válnak feltevéseink, sőt bizonyos időhatáron túl olyan folyamatok is léteztek, amelyek a maiaktól érdemben különböztek. Hasonló bizonytalanság kíséri azokat a feladatokat, amelyekben a jövő földtani jelenségeiről kell véleményt mondanunk, például vulkáni kitörések, földrengések és földcsuszamlások bekövetkezését kellene előre jeleznünk. Mindez teli van bizonytalansággal.

A tudományos jellegű földtani kutatásban a bizonytalanságok gyakran vezettek téves következtetésekre, sőt teljesen hamis tudományos elméletek is születtek és tartották magukat évtizedeken át a valós elképzelésekkel szemben. Elég itt a kontinensvándorlás, ill. a lemeztektonika elmélete körül évtizedekig zajlott vitára gondolni. Mindezek ellenére mindmáig viszonylag kevés figyelmet fordítottak a bizonytalanságok feltárására, mondván, hogy a földtudomány általános fejlődése előbb-utóbb úgyis megoldja ezeket a problémákat.

Más a helyzet a gyakorlati földtani kutatásban. A bizonytalanságok ezen a területen hamar előtűnnek és gyakran komoly anyagi következményekkel járnak. Ennek ellenére sem idehaza, sem külföldön nem kapott eddig kellő figyelmet a hibák és a velük járó kockázatok átfogó elemzése. Ezért határoztuk el néhány évvel ezelőtt néhány geológus kollegámmal az ez irányú vizsgálatokat, amelyekhez sikerült néhány kiváló magyar matematikus - Fodor János és Varga Zoltán professzor, valamint Sebestyén Zoltán kutató matematikus - együttműködését megnyerni. A következőkben röviden beszámolunk eddig elért eredményeinkről.

A földtani bizonytalanságok okai

Első felismerésünk az volt, hogy nem lehet a bizonytalanságok problémáit azok okainak és fajtáinak feltárása nélkül megoldani. Átfogó értékelés eddig erről sem készült. Felmérésünk szerint a földtani bizonytalanságok okait két fő csoportra lehet osztani:

1. A földtani képződmények és folyamatok természetes változékonysága. Ez a földtani valóság egyik alapvető jellegzetessége. A természetben nincsenek teljesen homogén kőzetek, de még a korábban homogénnek tartott ásványok kristályszerkezete sem teljesen homogén, belső szabálytalanságok, rácshibák teszik változékonnyá. Megjegyzem, ha a kőzetek és az ércek teljesen homogének lennének, akkor megismerésükhöz nem lenne szükség részletező kutatásra, elegendő lenne egy tetszőleges helyen vett mintát megvizsgálni, az az egész képződményt jellemezné. Általában igaz: minél nagyobb egy képződmény tulajdonságainak változékonysága, annál több hibával jár a megkutatása. Még szerencse, hogy egyes tulajdonságok változékonysága több-kevesebb szabályszerűséget követ, ezért ezeket úgynevezett trendvizsgálatokkal jól meg lehet határozni.

2. A bizonytalanságok másik fő csoportja kutatási tevékenységünk tökéletlenségéből következik. Tökéletlenek szakmai ismereteink, műszereink, kutatási lehetőségeink anyagilag korlátozottak. A teljesség igénye nélkül e csoporton belül az alábbi bizonytalanságokat, illetve hibaforrásokat lehet megkülönböztetni:

2.1. A terepi megfigyelések korlátai: pl. domborzat, növénytakaró, időkorlát

2.2. A mintavétel tökéletlensége: gyakran nincsenek meg az eszközök a szükséges mélységig való fúráshoz, rossz a magkihozatal. Ezért az ún. reprezentatív mintavétel feltételei csak igen ritkán valósulnak meg.

2.3. A laboratóriumi mérések hibái: pl. a vegyelemzés ún. analitikai hibái.

2.4. A múltban történt folyamatok téves megítéléséből fakadó hibák.

2.5. A tudomány fejlődésével a földtani kutatásban is egyre újabb fogalmak jelennek meg, gyakran csak idegen nyelven. Gyakorta tapasztalom, hogy ezeket pontos definíciójuk ismerete nélkül kezdik használni, ami rengeteg félreértéshez, téves interpretációhoz vezet. Komoly hibaforrás lehet ez is.

2.6. A kutatás során nyert adatokból a feldolgozás során ún. modelleket kell előállítani. Ezek segítségével lehet a kutatás végső következtetéseit levonni. A baj az, hogy gyakran többféle modell is készíthető a rendelkezésre álló kutatási adatokból. Újabb hibák forrása az, hogy melyiket választjuk.

2.7. A nagyszámú kutatási adat feldolgozása szükségszerűen matematikai, főleg statisztikai módszerek segítségével történik. Gyakori hiba, hogy nem tartják be az alkalmazott matematikai módszer előírásait. Sok számítás előfeltétele például az adott változó ún. normális eloszlása, amit vagy meg sem vizsgálnak, vagy nem vesznek figyelembe. Gyakran túl kevés az adat, nem éri el a statisztikai vizsgálathoz szükséges mintaszámot. Az ilyen hibák sajnos igen gyakoriak, és az eredmények érdemi torzulásához vezetnek.

Mindezek a felsorolt hibák a kiértékelés során összegződnek, végső soron teljesen hibás eredmények jöhetnek létre. Hangsúlyozni kell, hogy a természetes változékonyság természeti adottság lévén nem szüntethető meg, de megismerhető. A kutatás korlátaiból és emberi tökéletlenségből adódó hibákat viszont nemcsak megismerni, de érdemben csökkenteni is lehet. Ennek feltételeit és kereteit tekintjük át a következő pontban.

A bizonytalanságok és hibák kezelésének alapelvei

Véleményem szerint a földtani kutatásban a következő elvek alkalmazására lenne szükség:

1. Olyan szemléletre van szükség, amely a földtani kutatás minden lépésében figyeli a lehetséges hibákat, továbbá megpróbálja azok okait felderíteni.

2. Olyan kiinduló (input) adatokra van szükség, amelyek önmagukban is kifejezik bizonytalanságuk mértékét. Ez az, ami a földtani kutatások során eddig szinte sohasem valósult meg. Igen fontos az is, hogy meg kell különböztetni az eredeti és a származtatott kiinduló adatokat. Eredeti kiinduló adat például a hosszúság, a tömeg vagy bizonyos ásványok száma. Származtatott kiinduló adat pl. a térfogatsűrűség, amely adott tömeg és térfogat hányadosa (g/cm3). Itt mindkét tényezőhöz más és más hiba tartozik, ezek eredője a származtatott adat hibája. Számos olyan származtatott alapadat van a földtanban, amelyet több eredeti alapadat bonyolult képlettel kifejezett összefüggése alapján számítanak ki. Természetes, hogy ilyenkor az összes eredeti alapadat hibáját külön-külön kellene meghatározni, és a hibaterjedés törvényét figyelembe véve összesíteni. Sajnos, néhány kivételtől eltekintve erre sem került sor eddig.

3. Az adott adathalmaznak és a megoldandó problémának leginkább megfelelő matematikai módszert kellene alapos megfontolás után kiválasztani a kiértékelésre. Személyes tapasztalatom az, hogy ehhez képzett matematikusok segítségére lenne szükség. Bármennyire örvendetesen bővül egyetemeinken a geológia szakon is a matematika oktatása, az ott kapott ismeretek szükségszerűen nem érhetik el egy "profi" matematikus szintjét. Azt is hangsúlyozni kell, hogy a legfejlettebb matematikai módszer is félrevezető lehet az adott földtani probléma beható megismerése nélkül!

Azok a kutatási adatok, amelyeket fel akarunk dolgozni matematikai szempontból háromfélék lehetnek:

1) Kvantitatív adatok. Mérésekre alapulnak, a mérés relatív hibája 25 %-nál kisebb. Fizikus és kémikus barátaink számára ez a határ túl magasnak tűnhet, de a földtani kutatások jelenlegi szintjén ez látszik számomra legracionálisabbnak.

2) Félkvantitatív adatok. Ezek is mérésekre alapulnak, de a mérés relatív hibája 25 %-nál nagyobb. Az ilyen adatok a földtani kutatásban igen gyakoriak.

3) Kvalitatív adatok. Csak megfigyelésekre alapulnak, többé-kevésbé részletező leírás segítségével határozzák meg őket. Ezen belül vannak olyanok, amelyeket az adott tulajdonság növekvő (vagy csökkenő) szerepe alapján sorrendbe lehet szedni (ordinális adatok), de vannak olyanok is, amelyeknél sorrend kialakítására nincs lehetőség (nominális adatok). Igen sok van belőlük a földtanban, és az eddigi gyakorlat szerint többnyire kimaradnak a kiértékelésből. Ordinális adatsor például az ásványok keménységi skálája, ahol csak annyit tudunk, hogy a skála minden egyes tagja keményebb a megelőzőnél, de a skálának számszerű értéke nincs.

A földtani kutatás egyik fő jellegzetessége a térben és időben való meghatározottság.

Ezért kívánatos a bizonytalanságok értékelését is ehhez igazítani. Három csoportot célszerű megkülönböztetni:

a) Skaláris értékelések. Ilyenkor nem vizsgáljuk az adatok térbeli és időbeli helyzetét, kizárólag a mérések és megfigyelések eredményeit értékeljük pl. a vegyi összetétel értékelésekor.

b) Térbeli értékelések. Ilyenkor minden mérési eredményhez X, Y, Z térkoordinátákat rendelünk, és az adott tulajdonság térbeli változásait értékeljük. Ez az értékelési mód különösen az ásványi nyersanyagkutatásban nyert alkalmazást.

c) Tér és időbeli értékelések. A térkoordináták mellett időkoordinátát is rendelünk minden egyes adathoz. Elsősorban a hidrogeológiában nélkülözhetetlen ez az értékelési mód, de minden földtani folyamat értékeléséhez szükség van rá. Pl. egy kútcsoport, amelyben hosszú időn át mérik a vízszintet és a vízminőséget.

Könnyen megérthető, hogy mindhárom értékelési mód más és más hibaforrásokat rejt.

Általában a skaláris értékelések a legegyszerűbbek e tekintetben, a tér és időbeliek pedig a legbonyolultabbak. A földtani kutatás egy további sajátsága, hogy igen tág térbeli dimenzióban történik. Így a lemeztektonikai folyamatokat kontinensnyi méretekben vizsgálják. Az ún. tektonikai vizsgálatok egy-egy hegységre terjednek ki. A legtöbb földtani kutatás ennél is kisebb területekre terjed ki, egy-egy földtani képződményre vagy nyersanyagtelepre. Az ásványtani és kőzettani kutatások során gyakran tenyérnyi kőzetmintákat vizsgálnak, hasonlítanak össze. Végül a kőzetek és ásványok belső szerkezetére irányuló kutatások mikroszkópos és szubmikroszkópos mérettartományban folynak. Minden egyes mérettartománynak megvannak a maguk kutatási keretei és hibaforrásai. Ezek felismerése a kutatás eredményessége és szavahihetősége szempontjából döntő jelentőségű. E téren is rengeteg a tennivaló.

Bárdossy György [Magyar Tudomány, 2002./9.]

Az oldal tartalma a Változó Világ Internetportál Tartalomkezelési szabályzatának felel meg, és eszerint használható fel (GFDL-közeli feltételek). 1988-2010