ГЕОМАГНЕТИЗМ И АЭРОНОМИЯ, 2007, том 47, № 1, с. 138-142
УДК 550.388
ПРОСТРАНСТВЕННЫЕ И ВРЕМЕННЫЕ ВАРИАЦИИ КРИТИЧЕСКИХ ЧАСТОТ ОБЛАСТИ F ИОНОСФЕРЫ НАД ЗОНОЙ ПОДГОТОВКИ ЭКВАТОРИАЛЬНОГО ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ
© 2007 г. А. X. Депуева1, А. В. Михайлов1, М. Деви2, А. К. Барбара2
1Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова РАН,
Троицк (Московская обл.)
2Физический факультет Университета Гаухати, Гаухати, Ассам, Индия e-mail: depueva@izmiran.ru Поступила в редакцию 01.12.2005 г. После доработки 15.03.2006 г.
Проанализированы пространственные и временные вариации критических частот foF2 перед сильным землетрясением 15 августа 1963 г. с магнитудой M = 7.75, эпицентр которого располагался в непосредственной близости от магнитного экватора в Американском долготном секторе. Для этого были использованы данные ионозонда внешнего зондирования "ALOUETTE-1" и ряда наземных ионозондов. Наземные ионозонды позволили обнаружить небольшое аномальное уменьшение foF2 в пределах зоны подготовки землетрясения за несколько дней до него. Эти результаты подтверждают вывод, полученный ранее по спутниковым данным, при этом модификация ионосферы на уровне F-области более наглядно проявляется по спутниковым данным по сравнению с наземными. Отмечено также, что характер временных вариаций foF2 накануне землетрясения аналогичен так называемым "quiet time", ^-возмущениям в ионосфере, когда в невозмущенных геофизических условиях электронная концентрация в максимуме F-области более чем на 20% отличается от медианных значений.
PACS: 94.20.Ji; 94.20.Vv
1. ВВЕДЕНИЕ
Хотя о существовании литосферно-ионосфер-ных взаимодействий известно давно [Липеров-ский и др., 1992; Hayakawa, Fujinawa, 1994], это отнюдь не свидетельствует о том, что морфология ионосферы над областями подготовки землетрясений изучена в достаточной степени. Для успешной реализации проблемы прогноза землетрясений существует настоятельная необходимость создания модели модификации ионосферы накануне сейсмических событий. Принципиальным условием решения этой задачи, на наш взгляд, является необходимость учитывать зависимость наблюдаемых перед землетрясениями эффектов в ионосфере от географического положения эпицентра. Применительно к низким широтам это обосновано спецификой формирования и динамики экваториальной ионосферы ("фонтан"-эффект, прежде всего), а также особенностями структуры земной коры в районе экватора (преимущественно меридиональное расположение тектонических разломов). В последние годы ионосферные эффекты землетрясений активно изучаются, например, [Гайворонская, 2005; Hobara, Parrot, 2005; Birbal Singh et al., 2004; Devi et al., 2002; Liu et al., 2001]. В то же время практически нет работ, в которых
рассматривались бы эффекты от землетрясений с эпицентрами, расположенными в непосредственной близости от магнитного экватора. В публикациях [Депуева и Ротанова, 2000; Depueva and Ro-tanova, 2001] были проанализированы данные внешнего вертикального зондирования с борта ИСЗ "ALOUETTE-1" перед сильным землетрясением с магнитудой (M = 7.75), которое произошло 15 августа 1963 г. в 17:25 UT, эпицентр которого располагался в точке с координатами ф = -13.80°, X = -69.30° (магнитное наклонение I ~ 0°). Авторами были построены пространственные распределения электронной концентрации на уровне максимума F-области и выше него в секторе долгот X = -55° -^-95° (с шагом 5°) и наклонений I = = ±30° (с шагом 1-2°) для временного интервала между 16:30 и 18:30 LT. Было обнаружено, что приблизительно в течение пяти дней до события наблюдалось воронкообразное уменьшение электронной концентрации вблизи эпицентра, составляющее не менее 20-25% от фонового уровня и модельных расчетов. Было высказано предположение, что наблюдавшаяся модификация ионосферы может быть связана с процессами подготовки землетрясения. Задача данной работы состоит в том, чтобы проанализировать данные
foF2, г МГц!
10
-10
ей
н о а к
-20
-30^
280
290 Долгота
300
Рис. 1. Карта /оР2, построенная по спутниковым данным перед землетрясением 15 августа 1963 г. Взаимное расположение наземных ионосферных станций, эпицентра землетрясения и "модифицированной" области. ЛП - Ла Пас, У - Уанкайо, Т - Талара, Б - Богота. Эпицентр землетрясения отмечен звездочкой.
нескольких наземных ионосферных станций, расположенных внутри и за пределами области с пониженной концентрацией, так называемой "модифицированной" области, обнаруженной по спутниковым наблюдениям, с тем, чтобы выяснить, имеются ли особенности во временных вариациях /оГ2 в течение некоторого времени перед рассматриваемым землетрясением.
2. АНАЛИЗ ДАННЫХ
Для анализа были использованы значения /о¥2 за период с 1 по 17 августа 1963 г. по данным вертикального ионосферного зондирования на станциях Ла Пас (ф = -16.50°, X = -68.10°), Уанкайо (ф = -12.00°, X = -75.30°), Талара (ф = -4.60°, X = = -81.30°), Богота (ф = 4.5°, X = -74.2°), Натал (ф = = -5.70°, X = -35.20°). Первые две станции расположены внутри "модифицированной" области, две последних - за ее пределами, причем Ла Пас, Уанкайо и Натал - это экваториальные станции с наклонением I - ±5°, Талара (I - 15°) расположена на внутреннем северном склоне экваториальной аномалии, на западной границе "модифицированной" зоны, а Богота (I - 30°) - в горбе экваториальной аномалии. На рис. 1 показано взаимное расположение станций (за исключением Натал, сдвинутой по долготе за пределы рисунка), эпицентра землетрясения и области пониженной концентрации, которая помещается внутри круга радиусом Я - 1000 км.
На рис. 2 приводятся широтные разрезы /о¥2 за более чем шесть дней (слева) и менее чем пять дней (справа) до землетрясения. Видно, что на рисунке справа экваториальная аномалия выражена более отчетливо:/оР2 в провале ниже, сам провал шире, хотя изменения в горбах невелики.
На рис. 3 представлены временные вариации наблюдаемых (/оР2набл) и месячных медианных (/оР2мед) значений /оГ2 для каждой из указанных наземных станций в течение 14 дней (336 ч) до дня землетрясения и 3 дней (72 ч) после него. День землетрясения считается нулевым. Суточные вариации представлены для каждой станции в местном времени: это 30° W для Натал и 75° W для всех остальных станций. Из рис. 3 видно, что за несколько дней до землетрясения дневные значе-
^2, МГц
10
★
-30
ф 01.08.63 О 01.08.63 X 03.08.63 О 06.08.63 06.08.63 08.08.63 * 09.08.63 Ъ 09.08.63
_I_
30
Dip, град
10
ДДф&Д
л тд
0<
Г^Ж)
д *
+
О о
+ +о
^Н + «} ★ •
л
О
Эг •Т5ад
★
тЮ
А •
10.08.63 11.08.63 + 12.08.63 13.08.63
• 13.08.63
* 14.08.63
-30
30
Dip, град
Рис. 2. Широтные разрезы/оГ2 за более чем шесть дней (а) и менее чем пять дней (•) до землетрясения 15 августа 1963 г., построенные по спутниковым данным.
5
0
6
6
2
2
0
0
^ 10 и
са
^ 5
* 10 и
^ 5
* 10 и
^ 5
^ 10 и
са
^ 5
* 10 и
^ 5
30
н * 0
-30
1000
ч
н
д
500 ^
-288 -240 -192 -144 -96 -48
0 48 Часы
Рис. 3. Верхние рисунки: наблюдаемые временные вариации /oF2на•л (толстые линии, зачерненные кружки) в Ла Пас, Уанкайо, Таларе, Боготе и Натале. Тонкие линии, незачерненные кружки соответствуют значениям месячных медиан /oF2мед. Нижний рисунок: Dst (толстая линия) и АЕ (тонкая линия) - временные вариации за 336 ч (14 дней) до и 72 ч (3 дня) после землетрясения 15 августа 1963 г. (нулевой день).
0
ния /о^2набл ниже соответствующих медианных /о^2мед значений везде, за исключением Боготы, независимо от того, находятся станции внутри или вне "модифицированной" зоны. Иными словами, отнести эффект уменьшения /о^2набл за счет процессов подготовки землетрясения нет оснований. На рис. 3 внизу представлены Dst- и АЕ-вариации, которые показывают, что за исследуемый период времени геомагнитный фон был весьма спокойным.
В качестве следующего этапа в выделении связанных с землетрясением особенностей /оЕ2набл мы оценили относительные величины отрицательного ионосферного возмущения на каждой из станций, рассчитывая К = (1 - /о^2мед/оЕ2набл) х х 100% для каждого часа по местному времени. Расчеты показали, что днем за несколько суток до землетрясения относительные изменения /оГ2 в Натале малы по сравнению с Уанкайо и Ла Пас. Изменения К для полудня приведены на рис. 4а. Здесь видны существенные отличия в характере изменений К вблизи от эпицентра и вдали от него. Эти отличия не столь очевидны в изменениях К, усредненных за все дневные часы от 10 до 19 ч ЬХ, которые приведены на рис. 46. На всех трех экваториальных станциях коэффициент К уменьшается в течение десяти дней до землетрясения. Однако в последние пять дней относительное уменьшение К самое большое в Ла Пас, станции, наиболее близко расположенной к эпицентру. Последний факт свидетельствует в пользу возможного влияния приближающегося землетрясения. Отметим при этом, что эффект весьма мал, в данном случае он не превышает в среднем 15%, и заметен лишь в дневные часы как по спутниковым, так и по наземным данным.
(1 12
8
4
0
-4
-8
-12
-16
-20 12
8
4
0
-4
-8
-12
-16
■ /oF2Me„//oF2Ha6jI) х 100% a
J_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_Jf_I_I_L
20 -336
J_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_^_I_I_L
-288 -240 -192 -144 -96 -48 0 48
Часы
Рис. 4. а - Изменения К = (1 -/о^2мед/о^2набл) х 100% для полудня ЬХ; б - изменения К, усредненные за все дневные часы от 10 до 19 ч ЬХ за 14 дней до и 3 дня после землетрясения 15 августа 1963 г. для станций: Ла Пас (зачерненные кружки), Уанкайо (зачерненные треугольники), Натал (кружки), Талара - крестики.
3. ОБСУЖДЕНИЕ
Чтобы выяснить, влияют ли как-нибудь на состояние ионосферы процессы подготовки землетрясения, рассмотрим сначала "спокойные" условия на каждой из станций. Известно [Kane and Paula, 1982], что при низкой солнечной активности медианные значения foF2 в период июньского солнцестояния в Натале больше соответствующих значений в Уанкайо в дневные часы и меньше в ночные часы, разница составляет примерно 1 МГц. По мнению авторов это связано с асимметрией вертикального направленного вверх E х B дрейфа, который в районе Уанкайо осуществляет более интенсивный вынос плазмы, чем вблиз
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.