научная статья по теме НАБЛЮДЕНИЯ УНЧ ГЕОМАГНИТНЫХ ВОЗМУЩЕНИЙ, ОТРАЖАЮЩИХ ПРОЦЕССЫ ПОДГОТОВКИ И РАЗВИТИЯ ЦУНАМИГЕННЫХ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ Математика

Текст научной статьи на тему «НАБЛЮДЕНИЯ УНЧ ГЕОМАГНИТНЫХ ВОЗМУЩЕНИЙ, ОТРАЖАЮЩИХ ПРОЦЕССЫ ПОДГОТОВКИ И РАЗВИТИЯ ЦУНАМИГЕННЫХ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ»

ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2010, том 435, № 4, с. 548-553

= ГЕОФИЗИКА

УДК 550.385.3:550.343

НАБЛЮДЕНИЯ УНЧ ГЕОМАГНИТНЫХ ВОЗМУЩЕНИЙ, ОТРАЖАЮЩИХ ПРОЦЕССЫ ПОДГОТОВКИ И РАЗВИТИЯ ЦУНАМИГЕННЫХ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ © 2010 г. Л. Е. Собисевич, К. Х. Канониди, А. Л. Собисевич

Представлено академиком В.Н. Страховым 25.04.2010 г. Поступило 14.05.2010 г.

Выполнен анализ экспериментальных наблюдений вариаций магнитного поля Земли, зарегистрированных аппаратурными комплексами Северокавказской геофизической обсерватории ИФЗ РАН в период 2007—2009 гг. Установлено, что в структуре наблюденных вариаций удается выделить характерные ультранизкочастотные волновые формы геомагнитных возмущений, отражающих процесс подготовки и развития цунамиген-ного землетрясения.

Опыт наших наблюдений на Северокавказской геофизической обсерватории [1, 2] свидетельствует о том, что изучаемый здесь экспериментально отдельный класс УНЧ электромагнитных возмущений перед сильными землетрясениями является достаточно информативным и поддается регистрации современными геофизическими комплексами. Чтобы убедиться в этом, рассмотрим катастрофическое Суматра-Андаманское (магни-туда 9.1) землетрясение, которое произошло на западном побережье северной Суматры 26 декабря 2004 г.

Первый толчок потряс северную часть острова Суматра и прилегающие территории, включая Никобарские и Андаманские острова. В разные стороны от эпицентральной зоны разошлась мощная приливная волна, вызвавшая цунами.

Магнитограммы Суматра-Андаманского землетрясения приведены на рис. 1. Аномальные УНЧ геомагнитные возмущения, предваряющие сейсмический удар, выделены на записях магнитовариа-ционной станции начиная с 14 ч 40 мин 24 декабря 2004 г. (время здесь и далее по тексту мировое).

В приведенных записях составляющих вариаций магнитного поля Земли (Н-, Б-, ^-компо-ненты) и наклонов (EW) земной поверхности на

Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта Российской Академии наук, Москва Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова Российской Академии наук, Москва

этапах подготовки и развития анализируемого сейсмического процесса проявляется несколько аномальных УНЧ геомагнитных пульсаций (возмущений), которые можно классифицировать как краткосрочные предвестники сильного цуна-мигенного землетрясения. На рис. 1 серым цветом выделены два наиболее характерных временных интервала, где проявились возмущения-предвестники этого сейсмического события.

Рассмотрим волновые формы аномального УНЧ геомагнитного возмущения, которое развивалось начиная с 23 ч 58 мин 24 декабря до 00 ч 23 мин 25 декабря (рис. 1б). Развернутые волновые формы УНЧ геомагнитного возмущения, предваряющего непосредственно сейсмический удар, приведены на рис. 1в.

Характеризуя процесс зарождения и развития возмущений-предвестников, отметим, что амплитуда наблюдаемого квазистатического сигнала колебалась в пределах 0.5—1.2 нТл, а период изменялся в диапазоне от 1 до 2 мин. С учетом удаления Северокавказской обсерватории от эпицентральной зоны представляется возможным ориентировочно оценить амплитуду возмущения в районе, прилегающем к области развития сейсмического процесса, величиной 50—12.0 нТл.

Волновые формы, полученные после фильтрации возмущения в диапазоне периодов 18—300 с, представлены на рис. 2. Эти результаты отражают тонкую структуру и характерную форму УНЧ геомагнитного возмущения-предвестника.

Сопоставление геомагнитных возмущений-предвестников, зафиксированных перед Суматра-Андаманским землетрясением, с возмущениями, которые были выделены перед другими цуна-мигенными событиями, позволяет говорить, что наблюдаемые волновые формы специфичны для каждого отдельно взятого региона Земли. А это значит, что волновые особенности наблюдаемых УНЧ геомагнитных пульсаций отражают геолого-геофизические процессы в зоне готовящегося сейсмического события.

(б)

Ч

| ..........

** (в) > / лг--. \ У" ^ \ Г "Л- ...

: ;

^ч, !

л'зсГ 41Г гда 2 л И^ »У КГ ?ас*- ¡г-га аз*»

80

ч 70 Т « 60

^ 50

10

£ 0 я

^ -10 -20 -5

4

Т

«-10

-15

5 50 0

- (а) Мл

1 Ьк V /\и 1 1 и: 1

~ 1 1 1 1 1 1

-1- д г^ \ Ал . 1 1 1

-50

Е

16 0 8 16 0 8 2004-12-24 11:59:59 - 2004-12-26 23:59:59

16

Рис. 1. а — запись вариаций магнитного поля и наклонов земной поверхности на этапах подготовки и развития землетрясения в районе Суматры 26 декабря 2004 г. б, в — развернутые волновые формы.

Абсолютная величина УНЧ геомагнитного возмущения, зафиксированная приборами Северокавказской геофизической обсерватории, является по существу суперпозицией двух типов волн — земных и атмосферных [6]. Это результат развивающейся в области будущего очага аномалии проводимости, аномальных литосферных УНЧ магнитных и инфразвуковых излучений, а также наведенного резонансного возбуждения ионосферы, где существуют различные типы геомагнитных пульсаций. В их числе следует отметить сигналы типа Рс4.

Давая оценку пульсациям типа Рс4 в сопоставлении с регистрируемыми геомагнитными возмущениями УНЧ-диапазона перед цунамигенными событиями, отметим, что до сих пор никому не удалось однозначно определить, что является первичным: магнитные возмущения в ионосфере или УНЧ геомагнитные возмущения в литосфере, проявляющиеся непосредственно перед сильны-

ми землетрясениями. В литературе отсутствуют какие-либо обоснованные сведения, которые указывали бы на однозначное успешное решение этой проблемы в связи с прогнозированием сильных сейсмических событий [4—7].

Проведенный нами анализ полученного объема экспериментальных данных по аномальным УНЧ геомагнитным возмущениям-предвестникам сильных цунамигенных землетрясений (табл. 1) позволяет утверждать: источник находится в литосфере, а генерируемое в зоне готовящегося крупного сейсмического события геомагнитное возмущение на ионосферу воздействует практически мгновенно, что затрудняет пространственную дифференциацию рассматриваемых геомагнитных сигналов.

Регион, в котором произошло катастрофическое Суматра-Андаманское землетрясение, и северная часть Центрально-Суматранского разрыва характеризуются как активная на современном

нТл 0.5 ^ 0 -0.5 I-

-0.5 0.2

^ 0

-0.2

23ь30т

40т 50т 0 10т

2004-12-24 23:30:00 - 2004-12-25 00:29:59

20т

Рис. 2. Тонкая структура сигнала, отражающего квазипериодическое геомагнитное возмущение, возникшее за сутки перед цунамигенным Суматра-Андаманским землетрясением.

этапе сдвиговая структура участка Зондской дуги. Эта структура является определяющей с точки зрения генерации аномальных УНЧ геомагнитных возмущений в литосфере, атмосфере и ионосфере.

Факт возникновения сильного землетрясения в области высокого градиента напряжений, сопровождаемый генерацией УНЧ геомагнитных возмущений, заставляет уточнить существующие взгляды на процесс подготовки и развития сильных сейсмических событий под дном океана, в которых доминируют представления о повышении интенсивности напряжений во всей области будущего землетрясения до предельных значений. Естественно полагать, что именно наличие близко расположенных областей высоких и низких напряжений с присущими только им аномальным геологическими структурами, например структурами дилатансного типа [3], служит одним из определяющих факторов развития сложных геолого-геофизических и геохимических процессов, включая разделение электрических зарядов и, как следствие, появление токовых систем. В результате электризации указанных областей появляются условия, способствующие генерации аномальных УНЧ геомагнитных возмущений-предвестников сильных цунамигенных землетрясений.

Проведенный анализ данных магнитовариа-цоинных измерений с учетом геодинамической обстановки на этапе подготовки и развития Суматра-Андаманского землетрясения и ряда других

цунамигенных землетрясений позволил выделить представительный класс квазипериодических УНЧ геомагнитных возмущений, предваряющих сейсмические события такого масштаба. Экспериментально установлено, что аномальные УНЧ геомагнитные возмущения, абсолютная величина которых в районе расположения используемых геофизических информационно-измерительных систем (Северный Кавказ, Эльбрусский вулканический центр) колеблется в переделах 0.8—4 нТл, формируются в пределах будущей эпицентраль-ной зоны, возбуждая одновременно пульсации и в ионосфере.

Сопоставим приведенные данные с еще одним из зарегистрированных цунамигенных землетрясений значительно меньшей магнитуты (М = 6.7), которое произошло в районе Суматры 16 августа 2009 г. спустя несколько лет после Суматра-Андаманского землетрясения. Магнитограммы этого сейсмического события представлены на рис. 3.

Первые аномальные квазигармонические УНЧ геомагнитные возмущения появились здесь за сутки до первого сейсмического удара (рис. 3а, сигналы профильтрованы в диапазоне 18—300 с), а их амплитуда не превышала 1 нТл.

Приведенные магнитограммы двух разномасштабных сейсмических событий идентичны, а их волновые формы практически не зависят от маг-нитуды цунамигенного землетрясения. Сопоставляя полученные данные (рис. 3б,в), можно также отметить, что период возмущений имеет тенденцию к увеличению по мере приближения первого

0

Таблица 1. Таблица цунамигенных землетрясений за 2007—2009 гг.

Район Дата, UT (h:m:s) Координаты Магнитуда Глубина, км Период, с Величина сигнала, нТл

Соломоновы о-ва 01.04.2007, 20:39:54.2 8.3° ю.ш. 156.9° в.д. 8.1 10.0 120 1

Япония 16.07.2007, 01:13:22.0 37.6° с.ш. 138.5° в.д. 6.6 33.0 80 2.5

Сахалин 02.08.2007, 02:37:42.3 47.1° с.ш. 141.7° в.д. 6.2 10.0 60 0.8

Алеутские о-ва 02.08.2007, 03:21:42.8 51.31° с.ш. 180° з.д. 6.7 21.0 60 0.8

Побережье Перу 15.08.2007, 23:40:56.5 13.5° ю.ш. 76.6° з.д. 8 40 120 1

Ова Санта-Крус 02.09.2007, 01:05:17.5 11.3° ю.ш. 165.8° в.д. 7.2 33.0 60 2

Индонезия 12.09.2007, 01:10:23.5 4.4° ю.ш. 101.5° в.д. 8.4 30.0 75 1.8

Новая Зеландия 30.09.2007, 05:23:35.3 49.31° ю.ш. 163.8° в.д. 7.4 20 50 3

Северное Чили 14.11.2007, 15:40:51.7 22.21° ю.ш. 69.93° з.д. 7.7 60.0 80 2

Фиджи 09.12.2007, 07:28:24.0 25.8° ю.ш. 17.5° з.д. 7.8 190.0 190 1.5

Индонезия 25.02.2008, 08:36:31.8 2.5° ю.ш. 99.9° в.д. 6.5 33.0 80

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