УДК 550.348;550.386;551.21;523;539.17;539.125;539.122
О ГЕНЕРАЦИИ НЕЙТРОНОВ И ГЕОМАГНИТНЫХ ВОЗМУЩЕНИЯХ В СВЯЗИ С ЧИЛИЙСКИМ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЕМ 27 ФЕВРАЛЯ И ВУЛКАНИЧЕСКИМ ИЗВЕРЖЕНИЕМ В ИСЛАНДИИ В МАРТЕ-АПРЕЛЕ 2010 г.
© 2013 г. И. П. Шестопалов 1, С. В. Белов 2, А. А. Соловьев1, Ю. Д. Кузьмин3
1ФГБУнауки Геофизический центр РАН, г. Москва 2ОАО "Зарубежгеология", г. Москва 3 Камчатский филиал Геофизической службы РАН, г. Петропавловск-Камчатский,
e-mail: shest@wdcb.ru Поступила в редакцию 16.05.2011 г.
После доработки 18.06.2012 г.
Исследована связь солнечной и геомагнитной активности с сейсмичностью и вулканическими извержениями на земном шаре за 1680—2010 гг. Обнаружены вековые циклы эндогенной активности Земли, связанные с солнечной и геомагнитной активностью, в начале которых наблюдались солнечные циклы с небольшим числом пятен, характерных для начала вековых циклов, и сильная сейсмическая и вулканическая активность, которая сохранилась на протяжении нескольких десятков лет. Установлена значимая отрицательная корреляция сейсмичности и вулканизма с солнечной и геомагнитной активностью. В экспериментах, проводимых в Институте земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Пушкова РАН, г. Троицк Московской обл., и одновременно в Камчатском филиале Геофизической службы РАН, получено подтверждение того, что во время подготовки сильных землетрясений происходит возмущение геомагнитного поля и генерация нейтронов. Предполагается, что механизм первичной генерации нейтронов земного происхождения связан с ядерными реакциями в недрах Земли.
DOI: 10.7868/S0016794013010185
1. ВВЕДЕНИЕ
Известно, что изменение солнечной активности вызывает цепочку взаимосвязанных явлений в межпланетном пространстве, магнитосфере, ионосфере, нейтральной атмосфере и биосфере. Влияние солнечной активности на живую и неживую природу Земли можно представить следующим образом: возмущение на Солнце (мощная вспышка), далее — в межпланетной среде (увеличение концентрации и скорости солнечного ветра, изменение параметров магнитного поля), затем — возмущение магнитосферы и плазмосферы (магнитная буря), и наконец — изменения потоков космических лучей в окрестности Земли, циркуляции в атмосфере, за которыми следуют изменения погоды и другие природные явления, вариации напряженности и спектра электромагнитных полей Земли, приводящие к сдвигам в психо-физиологических показателях организма [Шестопалов и Харин, 2006].
Анализ публикаций о взаимосвязи солнечной активности с сейсмичностью показывает, что в зависимости от качества и полноты используемых каталогов и длительности рядов наблюдений диапазон выводов изменяется от утверждений о
существовании корреляции между энергией землетрясений с числами Вольфа до обнаружения антикорреляции между ними [Сытинский, 1989; Georgieva et al., 2002; Лоцинская, 1999]. Поэтому одной из задач явилось создание наиболее полного и однородного каталога землетрясений за длительный период, что позволило бы на его основе оценить взаимосвязь энергии землетрясений с солнечной активностью.
Наряду с сейсмичностью одним из главных проявлений эндогенной активности Земли является вулканизм. Изучению различных его аспектов посвящена обширная литература, осуществляется международная программа "Global Volca-nism program" [http://www.volcano.si.edu/world/]. Пространственное распределение землетрясений и вулканических извержений рассматривалось в работах [Левин и Чирков, 1999; Булатова, 2005; Фёдоров, 2002; Хаин и Халилов, 2009].
Внутригодовая синхронность проявлений сейсмичности и вулканизма с максимумом в июне-июле выявлена в работе [Белов, 1986].
В наших исследованиях на основе статистики за длительный период изучалась взаимосвязь эндогенной активности Земли (землетрясений и
вулканизма) с солнечной и геомагнитной активностью [Соболев и др., 1998; Шестопалов и Рогожин, 2005; Шестопалов и Харин, 2006; Белов и др., 2009; Харин и др., 2010; Белов и др., 2010].
В основе этих исследований лежали следующие положения:
а) Солнце, межпланетная среда, магнитосфера, ионосфера, атмосфера Земли, другие геосферы и сама Земля с происходящими в ней процессами, приводящими к землетрясениям и другим природным явлениям, представляют собой единую физическую систему, т.е. сейсмические и вулканические явления — часть единого физического процесса в системе "Солнце—Земля";
б) процессы в системе "Солнце—Земля" взаимосвязаны, от состояния каждого из составляющих этой системы зависят физические и другие процессы;
в) сейсмические и вулканические явления определяются процессами как земного, так и солнечного происхождения. Из экспериментов [Hanel et al., 1981, 1983; Pollack et al., 1993, 1986], проводимых в космосе и на Земле, известно, что Земля и другие крупные планеты, так же, как и Солнце, имеют собственный, внутренний тепловой источник энергии. Это свидетельствует о наличии собственной эндогенной активности Земли, главным проявлением которой являются тектонические и сейсмические процессы.
В настоящей работе продолжены эти исследования. Основной ее целью является получение подтверждения о регистрации на поверхности Земли нейтронов, связанных с землетрясениями и вулканическими извержениями.
2. ВЕКОВЫЕ ЦИКЛЫ СОЛНЕЧНОЙ АКТИВНОСТИ, СЕЙСМИЧНОСТИ И ВУЛКАНИЗМА ЗЕМЛИ
Для изучения связи между солнечной активностью, сейсмичностью и вулканизмом Земли проанализированы данные о сейсмической и вулканической энергии, выделившейся из очагов землетрясений и вулканических извержений на всем земном шаре за период с 1680 по 2010 г., и сопоставлены с циклами солнечной активности.
Для данной работы был создан каталог землетрясений с магнитудами Ms > 6 и mb > 5.5, в котором использовались базы данных: Национального Центра информации о землетрясениях Геологической службы США, (NEIC, USGS) [http://ne-ic.usgs.gov] и Международного сейсмологического центра, (ISC) [http://www.isc.uk]. Энергия землетрясений в эрг вычислялась по формуле: lgE = = 11.8 + 1.5Ms для землетрясений, эпицентры которых находились на глубине меньше 100 км, и по формуле: lgE = 5.8 + 2.4 mb для землетрясе-
ний, эпицентры которых — на глубине больше 100 км.
Для анализа вулканизма нами использованы данные о вулканических извержениях каталога Смитсонианского института (The Smithsonian Institution's Global Vblcanism Program, [http://www.vol-cano.si.edu/world/]. На основе этого была создана общая мировая информационная база данных, включающая объемы излившейся лавы и извергнутого пепла в км3. Так как последний каталог не содержит данных об энергии извержений, оценка ее выполнена на основе установленного авторами на материале каталога И.И. Гущенко [Гущенко, 1979], уравнения корреляционной связи между объемом выброшенного пепла и энергией извержений. На основании этих данных выявлены вековые циклы солнечной активности, сейсмичности, а также эндогенной активности Земли в целом продолжительностью ~100 лет, т.е. включая вулканическую активность. В начале каждого из циклов XVIII, XIX и XX веков сейсмическая и вулканическая активность имели максимальное значение, значения же чисел Вольфа, характеризирующие солнечную активность, были минимальны. Таким образом, наблюдалась существенная отрицательная корреляция сейсмичности и вулканизма Земли с солнечной активностью. Другими словами, наибольшая сейсмическая и вулканическая активность имела место при небольшой солнечной активности, и наоборот.
Учитывая наличие наиболее полных и достоверных данных за 1888—2010 гг., целесообразно детали вековых вариаций сейсмической и вулканической составляющих эндогенной активности Земли рассмотреть подробнее на примере цикла XX века (рис. 1).
Как можно видеть, в конце XIX века происходило быстрое увеличение сейсмической активности. Максимального значения она достигла в начале XX столетия, затем происходило постепенное ее понижение (см. рис. 1б, в). Отметим, что вид кривой вариаций числа землетрясений с маг-нитудой М > 8 близок к кривой энерговыделений при землетрясениях. Это обусловлено тем, что суммарная сейсмическая энергия определяется в большей части крупными землетрясениями. Минимальные значения сейсмической активности наблюдались перед 1990-м годом, т.е. примерно через 100 лет от начала возрастания. Солнечная активность в период максимума энерговыделений при землетрясениях (в начале XX столетия) имела минимальные в течение всего XX столетия значения (см. рис. 1а). На протяжении столетия солнечная активность постепенно нарастала. Наиболее высокие ее сглаженные значения имели место в пятидесятые и восьмидесятые годы. Этим максимумам солнечной активности соответствует относительно низкая сейсмическая
200 150 =< 100 50 0
_40 30
А1 ^ 20
^ 10 * 0 19.1
Г5"
ад
18.6 -
18.1 20
19 § 18
17
20
419
§ 18 ад
~ 17 26 22
18 14 10
£ К
Э и
§ 1890 1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 §
Годы
Рис. 1. Временные вариации за период с 1890 по 2010 гг: а — среднегодовых значений чисел Вольфа (Я, шкала слева) и сглаженных по одиннадцати значениям (Ясгл, шкала справа); б — количества землетрясений (№) с магнитудой М> 8 в год (шкала справа) и за 10 лет (шкала слева); в — суммарных годовых значений (шкала справа) и за 8 лет (шкала слева) сейсмической энергии землетрясений на земном шаре; г — суммарных годовых значений (шкала справа) и за 8 лет (шкала слева) энергии вулканических извержений на земном шаре; д — энергии вулканических извержений на земном
шаре с энергией Е < 3 х 10 (шкала слева)
18
Дж; е — аа-индекса, срегодовых значений (шкала справа) и средних значений за 10 лет
энергия. В целом установлена отрицательная корреляция между этими параметрами. Коэффициент корреляции (г) = —0.8. Это позволяет утверждать, что, как правило, наибольшая сейсмическая активность имеет место при минимальной солнечной активности, и наоборот.
В работе, на основе созданной базы данных, проводилось сопоставление максимального энерговыделения при вулканических и сейсмических событиях. Из их сравнения следует, что максимальная энергия вулканического извержения превышает почти на порядок максимальное энерговыделение
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.