ГЕОМАГНЕТИЗМ И АЭРОНОМИЯ, 2013, том 53, № 4, с. 561-566
УДК 550.510.535
АНОМАЛЬНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ КРИТИЧЕСКОЙ ЧАСТОТЫ foF2 НАД ЯПОНИЕЙ ПЕРЕД ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЕМ 9 МАРТА 2011 г. © 2013 г. В. В. Хегай , А. Д. Легенька, В. П. Ким
Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова РАН (ИЗМИРАН), г. Троицк, г. Москва e-mail: hegai@izmiran.rssi.ru Поступила в редакцию 22.08.2011 г. После доработки 13.07.2012 г.
По данным японских станций ионосферного зондирования Кокубунжи и Вакканай проведен анализ вариаций критической частотыfoF2 перед сильными землетрясениями, произошедшими в Японии 9 и 11 марта 2011 г. с магнитудой М = 7.2 и 9.0 соответственно. Получено, что примерно за сутки до первого землетрясения наблюдались значительные положительные возмущения foF2. При этом на достаточно удаленной от эпицентров землетрясений (~3300 км) контрольной ионосферной станции Иркутск за аналогичный период наблюдения значимых возмущений foF2 выявлено не было. Это дает основание предполагать, что наблюдавшиеся на ст. Кокубунжи и Вакканай эффекты увеличения foF2 возможно были обусловлены процессами, связанными с подготовкой землетрясения. Сейсмо-ионосферные проявления более мощного землетрясения 11 марта 2011 г., если они и были, маскируются эффектами геомагнитной бури.
DOI: 10.7868/S0016794013040093
1. ВВЕДЕНИЕ
К одной из сложнейших проблем геофизики, безусловно, относится проблема существования и выявления предвестников сильных землетрясений. В изучении этой проблемы особое место занимают поиски различных эффектов, которые возможно проявляются перед землетрясениями в околоземном космическом пространстве, в частности, в поведении параметров ионосферной плазмы. В последние три десятилетия на этом направлении попытки, вначале эпизодические, переросли к настоящему времени в систематические исследования, которые включают как наземные, так и спутниковые измерения. Подробный обзор литературы по ионосферным предвестникам землетрясений представлен в монографии [Pulinets and Boyarchuk, 2004]. После выхода ее в свет был опубликован еще целый ряд работ, например, [Zhao et al., 2008; Liu et al., 2006, 2009, 2010; Dabas et al., 2007; Akhoondzadeh et al., 2010; Oyama et al., 2011]. Несмотря на многочисленные морфологические исследования по обнаружению возможных ионосферных предвестников землетрясений, проблема далека от своего разрешения. В частности, еще недостаточно накопленного наблюдательного материала, особенно по экстремальным землетрясениям с магнитудой 8 и более, поскольку такие землетрясения случаются довольно редко. Таким образом, необходимо детально изучать каждый случай таких землетрясений на предмет выявления ионосферных предвестников для по-
полнения базы знания до уровня, который позволит сделать убедительное заключение по данной проблеме.
В настоящей работе проведен анализ поведения ионосферы в области максимума слоя 12 перед сильными землетрясениями, произошедшими в Японии 9 и 11 марта 2011 г., на основе данных ежечасных измерений критической частоты на ближайших к эпицентрам этих землетрясений японских станциях наземного зондирования ионосферы Кокубунжи и Вакканай, расположенных соответственно на расстоянии ~400 и 750 км от эпицентров, с целью выявления возможных ионосферных аномалий, предшествующих землетрясениям. В качестве контрольных использовались данные ионосферной ст. Иркутск, находящейся в соседнем долготном секторе, и удаленной от эпицентров землетрясений на расстояние свыше 3300 км по дуге большого круга. Землетрясение 9 марта 2011 г. (координаты эпицентра: фе = 38.44° N Хе = 142.84° Е, момент толчка ? = 02:45 иТ глубина гипоцентра Н = 32 км, магнитуда М = 7.2) было фор-шоком катастрофического землетрясения 11 марта 2011 г. (координаты эпицентра: фе = 38.3° N Хе = = 142.37° Е, момент толчка I = 05:46 иТ, глубина гипоцентра Н = 32 км, магнитуда М = 9.0). Следует отметить, что в радиусе 2000 км от эпицентров этих землетрясений других коровых землетрясений (Н < 60 км) с магнитудой М > 6.0 не отмечалось с начала февраля 2011 г., т.е. более месяца.
8 г 7 -6 -
08.03.2011 г. 09.03.2011 г. 10.03.2011 г. 11.03.2011 г.
Рис.1. Изменения Кр- (верхняя панель) и Д?/-(нижняя панель) индексов с 08.03.2011 г. по 11.03.2011 г. Вертикальные сплошные линии на нижней панели отмечают моменты землетрясений соответствующей магнитуды, вертикальная штрихпунктирная линия — внезапное начало геомагнитной бури ^С).
2. ГЕОФИЗИЧЕСКАЯ ОБСТАНОВКА
На рисунке 1 показано поведение Кр- и Д?/-индексов, характеризующих геомагнитную активность в интервале времени с 08.03.2011 по 11.03.2011. Вертикальными сплошными линиями отмечены моменты землетрясений. Штрих-пунктиром показано время внезапного начала магнитной бури ^С).
Видно, что с начала дня 08.03.2011 до конца 09.03.2011 геомагнитная активность была довольно низкой. Значения трехчасового Кр-индекса <2 на этом временном отрезке, а Д?/-индекса — в пределах от —20 до +5 нТл, при этом 9.03.2011 в 23:00 ит начинается магнитная буря (Дй^ = —80 нТл в 05:00 ИТ 11.03.2011). Таким образом, день, предшествующий первому землетрясению (М = 7.2) и сам день первого из рассматриваемых землетрясений, были геомагнитно-спокойными. Второй подземный толчок (М = 9.0) произошел на возмущенном геомагнитном фоне, при значениях Кр « 5 вблизи
времени экстремума магнитной бури по Д?/-ин-дексу.
3. АНАЛИЗ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ И ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
На рисунке 2 приведены изменения /оГ2 по мировому времени ит (сплошные линии), наблюдавшиеся в интервале с 08.03.2011 г. по 11.03.2011 г. на станциях Кокубунжи (географические координаты: ф = 35.71° К; X = 139.49° Е, верхняя панель), Вакканай (ф = 45.16° К; X = 141.75° Е, средняя панель) и Иркутск (ф = 52.47° К; X = = 104.03° Е, нижняя панель). Пунктирные линии показывают медианы, а штриховые линии отмечают величины верхней и нижней границ соответствующих размахов. Расчет этих параметров был выполнен для временного интервала с 22.02.2011 г. по 31.03.2011 г. по всем геомагнитно-спокойным дням, в течение которых величина
Кокубунжи 12
АНОМАЛЬНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ КРИТИЧЕСКОИ ЧАСТОТЫ /о¥2
М = 7.2 SC М = 9.0
563
я
1-ч
2
I 4
0
Вакканай 12
я
1-ч
2
* 4
Й 8
2
I 4
0
Иркутск 12 г
08.03.2011 г.
09.03.2011 г.
10.03.2011 г.
11.03.2011 г.
8
8
0
Рис. 2. Часовые вариации/о/2 (сплошные линии) с 08.03.2011 г. по 11.03.2011 г. на станциях Кокубунжи (верхняя панель), Вакканай (средняя панель) и Иркутск (нижняя панель). Пунктирными линиями показаны медианы, а штриховыми линиями — верхняя и нижняя границы соответствующих размахов. Вертикальная точечная линия отмечает момент минимума й^-индекса для магнитной бури, начавшейся в 23:00 ЦТ 9.03.2011. Затененные прямоугольники под осью абсцисс показывают интервалы местного времени с 18:00 до 06:00 1Т. Зачерненные участки под кривыми текущих значений /оВ2 для ст. Кокубунжи и Вакканай показывают превышение верхних границ размаха перед землетрясением 9 марта. Остальные превышения границ размахов показаны светло-серым тоном.
Кр-индекса не превышала значения 2 (за исключением одной точки 6 марта, в которой Кр = 3).
Общее число опорных дней оказалось равно 19: девять дней до землетрясения 09.03.2011 г. (22, 23, 24, 25, 26, 27, 28 февраля, 5, 6 марта) и десять дней после землетрясения 11.03.2011 г. (14, 15, 18, 19, 24, 25, 27, 28, 29, 31 марта). Исследуемый временной интервал 8—11 марта 2011 г. лежит примерно в середине выбранного диапазона опорных дней. Границы размаха, были выбраны в качестве меры идентификации ионосферных возмущений с целью усиления жесткости критерия, по которому состояние ионосферы классифицируется как возмущенное.
Оценка радиуса зоны подготовки землетрясения (гй) с магнитудой М = 7.2 по Добровольскому [Добровольский и др., 1980] дает гй(М = 7.2) = = 10(043 х 72) = 1247 км, откуда следует, что ионосферные станции Кокубунжи и Вакканай находились глубоко внутри этой зоны. Станция Иркутск была выбрана в качестве контрольной для сравнения, т.к. она удалена от эпицентров землетрясений на расстояние по дуге большого круга, превышающее 3300 км. Кроме того, она находится в соседнем долготном секторе (на два часа к западу).
Из рисунка видно, что на обеих японских станциях примерно за сутки до землетрясения 9 марта 2011 г. почти синхронно проявляются положительные ионосферные возмущения (зачер-
ненные области под соответствующими кривыми текущих значенийfoF2), тогда как текущие значения foF2 над ст. Иркутск не превосходят границ размаха. Возмущения на ст. Иркутск имеют место только после начала магнитной бури. Вблизи момента минимума ^si-индекса положительные возмущения foF2 почти одновременно наблюдаются на всех трех станциях.
Более детальное рассмотрение показывает, что максимальное превышение верхней границы размаха текущим значением foF2 достигается в интервале 06:00-07:00 UT 08.03.2011 г. на обеих опорных станциях Кокубунжи и Вакканай и составляет 10-12% от величины верхней границы размаха для первой из указанных станций и 918% для второй (при этом превышение над медианным значением foF2 находится в пределах 2728% для Кокубунжи и 22-33% для Вакканай). На рисунке 2 также отчетливо проявляется колебательный режим в поведении foF2 над опорными станциями Кокубунжи и Вакканай сразу после толчка с М = 7.2, при этом фаза колебания над Кокубунжи (~400 км от эпицентра землетрясения) незначительно опережает начало развития этого колебания над Вакканай (~750 от эпицентра землетрясения). На обеих станциях опять наблюдается выход текущих значений foF2 за верхнюю границу размаха вблизи 05:00-06:00 UT 09.03.2011. Такое поведение согласуется с интерпретацией наблюдающегося эффекта в рамках концепции акустико-гравитационных волн (АГВ), возбуждаемых в области эпицентра в результате подземного толчка и возмущающих ионосферу на высотах области F2 по мере своего прохождения (см. [Row, 1967; Hegai et al., 2011]). Согласно [Row, 1967] скорость распространения фронта возмущения в ионосфере V~ 800 м/с = 2880 км/ч, поэтому возмущение над Кокубунжи начнет проявляться примерно через (400 х 60/2880) ~ 8 минут, а над Ваккана
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.