научная статья по теме СРАВНЕНИЕ ВАРИАЦИЙ КРИТИЧЕСКОЙ ЧАСТОТЫ F2-ОБЛАСТИ ПЕРЕД СИЛЬНЫМИ ИТАЛЬЯНСКИМИ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯМИ И В ПЕРИОД МАГНИТНОЙ БУРИ ПО ДАННЫМ СТАНЦИЙ НАЗЕМНОГО ВЕРТИКАЛЬНОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ИОНОСФЕРЫ Геофизика

Текст научной статьи на тему «СРАВНЕНИЕ ВАРИАЦИЙ КРИТИЧЕСКОЙ ЧАСТОТЫ F2-ОБЛАСТИ ПЕРЕД СИЛЬНЫМИ ИТАЛЬЯНСКИМИ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯМИ И В ПЕРИОД МАГНИТНОЙ БУРИ ПО ДАННЫМ СТАНЦИЙ НАЗЕМНОГО ВЕРТИКАЛЬНОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ИОНОСФЕРЫ»

ГЕОМАГНЕТИЗМ И АЭРОНОМИЯ, 2007, том 47, № 4, с. 563-570

УДК 550.510.535

СРАВНЕНИЕ ВАРИАЦИЙ КРИТИЧЕСКОЙ ЧАСТОТЫ ^-ОБЛАСТИ ПЕРЕД СИЛЬНЫМИ ИТАЛЬЯНСКИМИ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯМИ И В ПЕРИОД МАГНИТНОЙ БУРИ ПО ДАННЫМ СТАНЦИЙ НАЗЕМНОГО ВЕРТИКАЛЬНОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ИОНОСФЕРЫ

© 2007 г. А. Д. Легенька, В. В. Хегай, В. П. Ким

Институт земного магнетизм, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова, РАН, Троицк

(Московская обл.) e-mail: leg@izmiran .rssi.ru Поступила в редакцию 31.01.2006 г.

После доработки 19.09.2006 г.

По данным ряда европейских станций сети наземного вертикального зондирования ионосферы проведено исследование возможных сейсмо-ионосферных эффектов перед двумя сильными землетрясениями в Италии, имевшими место вблизи ст. "Рим" (7.01.1962 г., магнитуда M = 6.0 и 5.04.1998 г., M = 5.3). Анализ поведения критических частот foF2 для землетрясения, произошедшего 7.01.1962 г., позволил рассмотреть одновременно по единой методике как эффекты, возникающие в период подготовки землетрясения в спокойной геомагнитной обстановке, так и вызванные магнитной бурей, которая началась 10.01.1962 г. Показано, что выделенные предвестниковые сейсмо-ионосферные эффекты двух рассмотренных землетрясений, имеющих величины магнитуд 6.0 и менее, локализованы в области с эпицентральным расстоянием порядка 400 км, в то время как возмущения, вызванные магнитной бурей, имеют планетарный характер. Амплитуда сейсмо-ионосферных возмущений foF2 гораздо меньше по сравнению с максимальными вариациями, обусловленными магнитной бурей, однако по абсолютной величине она более чем в 1.5 раза превышает стандартное отклонение от месячной медианы.

PACS: 94.20.Ii; 94.20.Vv; 91.30.Px

1. ВВЕДЕНИЕ

Современные научные исследования проявления сейсмической активности в атмосфере Земли на высотах ионосферы ведутся, в основном, по двум направлениям - изучение возмущений в ионосфере в связи с отдельными землетрясениями (case study) и получение некоторых усредненных характеристик процессов сейсмо-ионосфер-ного взаимодействия на основе статистического анализа выбранного ряда землетрясений.

В конечном итоге целью этих исследований является создание максимально широкой эмпирической базы данных, на основе которой можно будет достаточно надежно верифицировать выдвигаемые физические механизмы литосферно-ионосферного взаимодействия, и далее пытаться строить алгоритмы, пригодные для перехода к задачам прогнозирования землетрясений по ионосферным данным или с их учетом. В соответствии с этим, нами был проведен поиск возможных ионосферных предвестников сильных землетрясений в регионе Италии по данным ряда наземных станций вертикального зондирования ионосферы европейской сети, с основной опорной ст. "Рим".

В настоящем исследовании мы сосредоточили все внимание на поиске только КРАТКОСРОЧНЫХ ионосферных предвестников землетрясений, которые могут проявляться в интервале порядка суток-часов до момента толчка. Вообще говоря, естественно ожидать, что по мере интенсификации процессов подготовки землетрясения, ионосферные аномалии, обусловленные сейсмоген-ным источником, также будут увеличиваться по амплитуде по мере приближения момента толчка, хотя конечно, этот процесс устроен гораздо более сложно. В связи с этим следует отметить пионерскую работу [Moore, 1964], (не связанную непосредственно с исследованиями ионосферы) так как именно в ней впервые зафиксировано аномальное магнитное возмущение амплитудой 100у за час до Аляскинского землетрясения 28.03.1964 г. (M = 8.4) по данным магнитометра ст. Кодиак, расположенной в 30 км на северо-запад от поверхностного следа линии разлома, вдоль которой произошла подвижка во время землетрясения, и в 440 км от эпицентра. Необходимо подчеркнуть, что именно проблема выявления краткосрочных (сутки-часы) предвестников землетрясений стоит наиболее остро (с точки зрения практического использования их в задачах прогнозирования).

563

9*

При выборе для анализа конкретного сейсмического события мы руководствовались следующими соображениями:

а) Во-первых, если воспользоваться формулой Добровольского [Dobrovolsky et al., 1979] для оценки размеров зоны подготовки землетрясения

р = 100 43M, (1)

где р - радиус зоны подготовки землетрясения на поверхности Земли в км, а M - магнитуда землетрясения, то в диапазоне магнитуд 5.0 < M < 6.0 (что соответствует сильным землетрясениям) получаем, что 140 км < р < 380 км. Таким образом, выбор положения ионосферной станции относительно эпицентра землетрясения для выделения ожидаемого сейсмо-ионосферного эффекта определится его магнитудой. Подробное обсуждение справедливости применения такой оценки в ионосферных исследованиях приведено в [Пулинец и др., 2004].

б) Во-вторых, наличие взаимосвязи между динамикой литосферных процессов и вариациями ионосферных параметров в настоящее время в значительной степени обосновано как теоретически (см., например, [Пулинец и др., 1998а; Pulinets and Boyarchuk, 2004]), так и морфологически [Ли-перовский и др., 1992; Пулинец и Легенька, 2003; Легенька и др., 2004]. Однако выделить эти возмущения на фоне воздействия других факторов (в частности солнечно-магнитосферного происхождения) довольно трудно, так как сейсмо-ионо-сферные вариации в критических частотах foF2, в основном, имеют амплитуду около 15-20% и менее относительно месячной медианы, а вариации, вызванные магнитными возмущениями, как правило, больше. Таким образом, при выделении предполагаемых сейсмо-ионосферных вариаций, особенно на фазе подготовки землетрясения ("предвестников"), необходимо учитывать конкретную геофизическую ситуацию, и, прежде всего, геомагнитную активность.

В настоящей работе приведены результаты анализа изменений критической частоты слоя F2 foF2) в период подготовки двух сильных землетрясений, имевших место в регионе станции наземного вертикального зондирования ионосферы "Рим" (расстояние от эпицентра до станции R < < 500 км) на основе подхода, подробно описанного в работе [Rios et al., 2004], где в качестве меры ионосферного возмущения принимается величина стандартного отклонения (d) от месячной медианы критической частоты FZ-слоя (fm). При этом удалось по единой методике провести сравнение сейсмо-ионосферных возмущений, связанных с одним из землетрясений, произошедшим на спокойном геомагнитном фоне (дата события 7.01.1962 г.) и вариациями ионосферы, обусловленными умеренной магнитной бурей, начавшейся 10.01.1962 г.

2. АНАЛИЗ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ И ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Землетрясения, в период подготовки которых были выделены вероятные сейсмо-ионосферные эффекты (эпигноз "предвестников"), произошли 7 января 1962 г. в 10:03 ЦТ, (географическая широта ф = 43.3°К, географическая долгота X = = 17.1°Е, М = 6.0) и 5 апреля 1998 г. в 15:52 ЦТ (ф = = 43.2°К, X = 12.7°Е, М = 5.3) соответственно. Оценка радиуса зоны подготовки для этих землетрясений по формуле Добровольского дает величины ~380 км и 190 км соответственно.

Для анализа сейсмического воздействия на ионосферу Земли привлекались данные измерений критической частоты/оГ2 станций наземного вертикального зондирования ионосферы (НВЗИ) Европейского сектора. Самой близкой к эпицентрам была ст. "Рим", а данные других станций привлекались в качестве контрольных для изучения ситуации в ионосфере в рассматриваемые периоды. Следует отметить, что оценка надежности обнаружения ионосферных предвестников землетрясений до сих пор стоит на одном из первых мест. Особое внимание требуется, когда необходимо отделить ионосферные эффекты, обусловленные ростом сейсмической активности, от вызванных магнитными бурями. Чтобы упросить ситуацию, в настоящей работе мы рассматриваем только те сейсмические события (землетрясения), в период подготовки которых геомагнитная активность была достаточно низкой (Кр < 3). Перейдем теперь к рассмотрению конкретных случаев.

Землетрясение 5 апреля 1998 г.

Изменения Dst- и Кр-индексов, характеризующих уровень геомагнитной возмущенности за период с 1 по 5 апреля 1998 г., приведены на рис. 1 (верхняя и нижняя панели соответственно). Стрелка отмечает момент подземного толчка. Хорошо видно, что в течение всего интервала времени геомагнитная активность была низкой, значения Кр-индекса не превышали 3, а Dst-индекс по абсолютной величине только 3 апреля достигал величины -30 нТл. В течение суток до землетрясения (выделенный штриховой линией прямоугольник) значения Dst-индкса колеблются в окрестности нуля, а Кр-индекс в этот период снижается до величины 2. Таким образом, геомагнитный фон за сутки до землетрясения становится очень низким.

Для выделения сейсмо-ионосферных эффектом по данным НВЗИ за спокойный фон чаще всего принимается медиана /т (месячная или скользящая), а отклонения от нее (5/о^2, % = = [/оР2текущее - х 100/т), при определенных условиях, рассматриваются как предвестники.

Анализ данных по ст. "Рим" показал, что на фоне спокойных магнитных условий примерно за сутки и за 18 ч до поземного толчка отмечаются

СРАВНЕНИЕ ВАРИАЦИИ КРИТИЧЕСКОИ ЧАСТОТЫ ^-ОБЛАСТИ Dst, нТл 30

-10

01

02 03

24 48 72

Сутки

04

96

05

120

Рис. 1. В ариации Dst - (верхняя панель) и Кр - (нижняя панель) индексов, характеризующих уровень геомагнитной воз-мущенности за период с 1 по 5 апреля 1982 г. Стрелка отмечает момент землетрясения, а выделенный штриховой линией прямоугольник - низкий уровень геомагнитной активности в течение суток перед землетрясением.

0

аномальные изменения/о¥2, которые могут быть краткосрочными предвестниками землетрясения.

Для более корректного выделения изменений /оЁ2, в соответствии с работой [Шо8 й а1., 2004], было проведено сравнение поведения специальных параметров отклонения D1 и D2 ст. "Рим" и контрольной ст. "Слоу", удаленной от эпицентра землетрясения на расстояние Я = 1350 км (по дуге большого круга). Величина специальных параметров отклонения определяется следующими соотношениями [Шо8 й а1., 2004]:

D1 = /оП - (/т - 1.5а), (2)

D2 = (/т + 1.5а) - /оК2, (3)

где /т - месячная медиана, а а - стандартное отклонение. Если становится отрицательным параметр D1, то это соответствует уменьшению /оГ2 по сравнени

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.

Показать целиком