ГЕОМАГНЕТИЗМ И АЭРОНОМИЯ, 2009, том 49, № 5, с. 713-720
УДК 550.388.2
ОТКЛИКИ НА ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ В ВЫСОКОШИРОТНОЙ ИОНОСФЕРЕ
© 2009 г. Н. Г. Сергеева1, Е. Турунен2, О. Ф. Оглоблина1, С. М. Черняков1
Полярный геофизический институт КНЦРАН, Мурманск (Россия) 2Геофизическая обсерватория, Соданкюля (Финляндия) e-mail: sergeeva@pgi.ru Поступила в редакцию 30.11.2007 г.
После доработки 27.05.2008 г.
Проанализированы данные, полученные методами частичных отражений и вертикального зондирования ионосферы на Кольском п-ове и в Скандинавии, на обс. Туманный (69.0°N, 35.7°E) и обс. Соданкюля (67.37°N, 26.63°E), для выделения откликов землетрясений. Рассмотрены сильные землетрясения: одно с магнитудой 7.7 произошло 17.07.2006 г. в 08:19:25 UT на западном побережье Индонезии (9.33°S, 107.26°E), другое с магнитудой 6.2 - 26.05.2006 г. в 22:53:59 UT на о-ве Ява (7.94°S, 110.32°E). Эти землетрясения с эпицентрами в одном районе, на одинаковой (10 км) глубине наблюдались при спокойных условиях в геомагнитном поле (EKp = 5.7, ЪКр = 6.3) и при небольших солнечных вспышках. Реакция ионосферы на них проявилась в основном в параметрах нижней ионосферы, в областях D и E. Было обнаружено, что перед землетрясением 17.07.2006 г. увеличился период колебаний обыкновенной компоненты частично-отраженного сигнала на высотах E-обла-сти. Колебания fmin на обс. Соданкюля начались за двадцать часов до землетрясения. Периоды этих колебаний составляли 3-6 ч. Такие же периоды найдены в колебаниях других ионосферных параметров foEs и h'Es. В день другого землетрясения, 26.05.2006 г., наблюдались колебания обыкновенной компоненты частично-отраженных сигналов с периодами 2-5 ч. В спектрах амплитуд обыкновенной компоненты частично-отраженных сигналов и других параметров в нижней ионосфере обнаружены внутренние гравитационные волны с периодами несколько часов, которые могут быть связаны с землетрясениями.
PACS: 91.30.Px+94.20.Ac
1. ВВЕДЕНИЕ
Известно, что существует связь между процессами в литосфере Земли и возмущениями в ионосфере. Сейсмическая активность в земной коре сопровождается не только геодинамическими процессами, но и интенсивным гидродинамическим, электромагнитным, химическим воздействием землетрясения на ионосферу. В результате такого воздействия возникают многочисленные аномальные изменения параметров среды и электромагнитного поля [Сорокин и Чмырев, 2002].
Возмущения в нижней ионосфере на высотах 60—85 км, вызванные мощными удаленными землетрясениями, исследовались методом частичных отражений ВЧ-радиосигналов в работе [Гоков и др., 2003]. При этом наблюдалось усиление отраженного сигнала от крупной неоднородности, возникшей на расстоянии 11000 км от эпицентра. Во время землетрясений может увеличиваться проводимость приземного слоя атмосферы [Мартыненко и др., 1994], что приводит к возмущениям в нижней ионосфере.
По данным регистрации вертикальной компоненты атмосферного электрического поля в сейсмоактивном регионе (Камчатка) за период 1997—2002 гг. были найдены аномалии Е1 в суточ-
ных вариациях, преимущественно в бухтообраз-ных понижениях поля за 1—24 ч до землетрясения [Смирнов и др., 2005; Михайлов и др., 2002, 2004; Руленко, 2003]. Перед землетрясением 18.09.1999 г. было отмечено [Михайлов и др., 2002] расширение спектров атмосферных радиошумов в область более коротких периодов и уменьшение напряженности Ez. Регистрируемые возмущения Е1 в атмосфере могут быть интегральным эффектом потока импульсного электромагнитного излучения (ЭМИ) [Моргунов, 1998]. Во время землетрясения и до него могут возбуждаться слабые переменные электромагнитные поля в диапазоне частот от единиц Гц до десятков кГц [Гохберг и др., 1982; 1985; ОокИЪег§, 1982; Неновски и Бойчев, 2004].
Отмечена тенденция увеличения числа землетрясений после геомагнитных бурь. Обычно амплитуда вариаций геомагнитного поля перед землетрясением составляет 1—10 нТл. Однако в литературе отмечен ряд наблюдений очень сильных возмущений геомагнитного поля длительностью несколько часов и даже суток [Мороз и др., 2002].
В данной работе проанализированы экспериментальные данные частичных отражений (обс. Туманный) и вертикального зондирования ионо-
" .16.07.2006 г.; h = 101 км
1000
0 3 6 9 12 15 182124 UT, ч
105_ 16.07.2006 г.;
104 103 102 101 10° 10-1 10-2
0:00-17:00 UT; h = 101 км
V
\
I I llllll_I I llllll_I I llllll_I I llllll
-610-510-410-310-2
17.07.2006 г.;
0:00-17:00 UT; h = 101 км
V%
10105 104 103 102 101 100 10-1
10~2r .......i .......i .......I .......i
10-6 10-5 10-4 10-3 10-2
4
s
105 104 103 102 101 100 10-1
10 2F.......i .......i .......i .......t
10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 UT, ч
18.07.2006 г.;
0:00-17:00 UT; h = 101 км
4
Рис. 1. Суточные вариации амплитуды обыкновенной компоненты (слева) и спектры амплитуд (справа) 16—18 июля 2006 г. на высоте 101 км в обсерватории Туманный (▼ — время начала землетрясения).
сферы (обс. Соданкюля) для выявления сейсмо-ионосферного взаимодействия при сильных землетрясениях 17.07.2006 г. и 26.05.2006 г. Эти землетрясения произошли при спокойных условиях в геомагнитном поле и при небольших солнечных вспышках, что позволяет найти общие закономерности изменения параметров высокоширотной ионосферы.
2. АНАЛИЗ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ
Сильное землетрясение с магнитудой 7.7 произошло 17.07.2006 г. в 08:19:25 UT на западном побережье Индонезии (9.33°S, 107.26°E) на глубине 10 км при очень спокойных условиях в геомагнитном поле (LKp = 5.7). В результате этого землетрясения образовалась гигантская волна высотой 5 м и выше (цунами), которая накрыла пункт Пан-гандаран (Pangandaran), о-в Ява. Высоты волн цунами измерялись группой Tsuji (Earthquake Research Institute) и Fachrizal и др. [2006].
Наблюдения суточных вариаций потоков солнечного рентгеновского излучения с длинами волн 0.05—0.4 и 0.1—0.8 нм на геостационарных спутниках ООЕ8-11 и ООЕ8-12 показали, что в рассматриваемый день 17.07.2006 г. поток Х-лу-чей был незначительным, кроме небольших вспышек класса А. Максимальный поток вспышки не превышал 8 х 10-8 Вт/м2. Такой спокойный период с редкими вспышками А класса (можно сказать, "фоновый" период) продолжался, начиная с 10, по 18.07.2006 г. По данным риометра на частоте 29.9 МГц с минутным разрешением в обс. Ивало (68.56°М, 27.29°Е) наблюдалось незначительное поглощение космического радиоизлучения, менее 0.61 дБ.
Рассмотрим экспериментальные данные, полученные методом частичных отражений в обс. Туманный. На рис. 1 (слева) представлены суточные вариации амплитуды обыкновенной компоненты 16—18.07.2006 г. на высоте 101 км. Видно, что 17.07.2006 г. перед землетрясением (08:19:25 иТ) и после него наблюдались синусоидальные колеба-
130
Я
* 110
ьч
90
0
я 3
1-ч
^ 1
0
я I5
1-ч
2 10
3 5
я 5
1-й 4
¡3 3 ^ 2
V/ 1
0
150 Й130
6 12 18 16.07.2006 г.
6 12 18 16.07.2006 г.
06
6 12 18 17.07
6 12 18 24 18.07
к
12 18 17.07
шл
06
V
6 12 18 16.07.2006 г.
06
12 18 24
18.07
А
N.
12 18 17.07
6 12 18 24 18.07
Да
X
6 12 18 0 6 12 18 0 6 12 18 24
110
90
_ 16.07.2006 г. ^Чк Ч у 17.07 1 V1 — 1 1 18.07 л к ^ 1 1 1
0 6 12 18 0
6 12 18 ЕГ, ч
0 6 12 18 24
Рис. 2. Суточные вариации ионосферных параметров в нижней ионосфере 16—18 июля 2006 г. в обсерватории Содан-кюля (▼ — время начала землетрясения).
0
0
2
0
0
ния амплитуды с периодом 3—6 ч, при этом амплитуда изменялась в пределах 500—4700 и 1000— 2000 мВ соответственно. В суточных вариациях амплитуды обыкновенной компоненты 16 и 18.07.2006 г. таких четких повторяющихся периодов не было. Спектры суточных амплитуд представлены на рис. 1 (справа). В день землетрясения, 17.07.2006 г., наблюдался спектр с хорошо выраженным максимумом. В последующий день, 18.07.2006 г., в спектре наблюдались два основных максимума, примерно равных по величине. Из этих спектров можно найти периоды колебаний: 17.07.2006 г. они увеличиваются до 3—6 ч по сравнению с 16.07.2006 г., когда присутствовали колебания с периодом 2—3 ч.
В эти дни на станции вертикального зондирования в обс. Соданкюля регистрировались спорадические слои (Е) разных типов. В утренние часы 16 и 18.07.2006 г. это Езтипов к, с, г, а и в вечерние — типов к и а. В день, когда произошло землетрясение, 17.07.2006 г., в интервале времени от 02:00 до 10:30 ИГ (КГ = иТ + 2 ч) наблюдались спорадические слои типов а, I, к, г; а от 16:00 до
19:00 ИТ и от 22:40 до 23:45 ИТ - типа к. Предельная частота /оЕз в утренние и вечерние часы изменялась от 15.0-8.0 до 4.0 МГц, в дневные часы — от 2.7 до 3.8 МГц. Перед этим землетрясением с 06:10 ИТ наблюдались колебания/оЕз типа к от 7.5 до 3.4 МГц. Сам слой существовал до 10:40 ИТ (рис. 2). При этом высота его (к'Ез) в интервале времени 06:00—7:30 ИТ увеличилась от 100 до 120 км, затем в 08:00 ИТ уменьшилась до 94 км и снова увеличилась в 09:20 ИТ до 123 км. В момент землетрясения 10:33 ИТ высота спорадического слоя типа г снова уменьшилась до 94 км. Плотные спорадические слои типа к наблюдались в дневные часы 16 и 18.07.2006 г. Перед землетрясением наблюдались колебания амплитуд предельной частоты (/оЕз) и высоты (кЕз) спорадического слоя с периодом 3—4 ч.
На рис. 3 представлены суточные изменения наименьшей частоты (/^ш), при которой наблюдаются отражения от ионосферы, 16—18.07.2006 г. Видны колебания за двадцать часов до землетрясения (16.07.2006 г. с 14:00 ИТ). Перед землетрясением 17.07.2006 г. амплитуда колебаний увеличи-
2.5 В2.0
1-4
£1.5 0.5
16.07.2006 г. - 17.07 к 1, 18.07
N \ д 1 ' V 1 ' 1
0 6 12
18 0 1Е+005
д
о
В
н о
1Е+004 -
6 12 18 0
6 12 18 24
ч 1Е+003
£
Ё 1Е+002
1Е+001 ....... ......... .........
1Е-005 1Е-004 1Е-003 Частота, Гц
Рис. 3. Суточные вариации амплитуд /^ш 16—18 июля 2006 г. (вверху) и спектр амплитуд 17 июля 2006 (внизу).
0
Ыв, см-3 1.2Е+005 г
1.0Е+005
0.8Е+004
0.6Е+004
0.4Е+004
0.2Е+004
I
1.2Е+005 1.0Е+005 0.8Е+004 0.6Е+004 0.4Е+004 0.2Е+004
I
1.2Е+005 1.0Е+005 0.8Е+004 0.6Е+004 0.4Е+004 0.2Е+004
Соданкюля 16.07.06 г.
Высота, км
120 Туманный " 6.33 иТ 4с
100
80 - У > 16.07.2006
60 4: 17.07
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.