ФИЗИКА ЗЕМЛИ, 2013, № б, с. 139-147
УДК 550.385.3,550.343
О МАГНИТНЫХ ПРЕДВЕСТНИКАХ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ
© 2013 г. О. Д. Зотов1, А. В. Гульельми2, А. Л. Собисевич2
Геофизическая обсерватория Борок ИФЗ РАН, Ярославская обл., п. Борок 2Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН, г. Москва Поступила в редакцию 17.09.2012 г.
Предложена простая классификация магнитных предвестников землетрясений. Использованы высокоширотные наблюдения так называемых Big Magnetic Pulses, или сокращенно BMP, которые спорадически возникают на спокойном магнитном фоне и представляют собой изолированные магнитные импульсы большой амплитуды, для поиска возможной связи BMP с землетрясениями. Методом наложения эпох показано, что после BMP сейсмическая активность несколько повышается. Широкий максимум активности землетрясений наблюдается в первые часы после BMP. Тем самым, по-видимому, найдена новая разновидность магнитных предвестников. Подчеркнуто, что вопрос о механизмах связи BMP с землетрясениями остается открытым.
Ключевые слова: сейсмичность, геомагнитные возмущения.
Б01: 10.7868/80002333713050141
1. ВВЕДЕНИЕ
Многообразие магнитных предвестников землетрясений, описанных в литературе, удобно и естественно разделить на три вида. Мы будем называть их внутренними, внешними и смешанными предвестниками. Внутренние и внешние предвестники характеризуются тем, что источники магнитных сигналов, предшествующих землетрясениям, располагаются соответственно в земной коре и во внешних геосферах (в ионосфере и магнитосфере). В смешанных предвестниках первичные источники магнитного поля, которые никак не связаны с землетрясениями, располагаются в ионосфере и магнитосфере. Предвестник формируется вторичными (индуцированными) источниками в земной коре за счет пространственно-временной вариации электропроводности горных пород в процессе подготовки землетрясения.
Каждый вид, определенный нами выше по местоположению источников, можно разделить на разновидности, отличающиеся друг от друга спектральным составом, поляризацией, пространственным распределением и т.п., но мы не будем здесь на этом останавливаться, а укажем конкретные примеры внутренних, внешних и смешанных предвестников. (К вопросу о принципах систематики геоэлектромагнитных явлений мы вернемся в разделе 4.)
Внутренние предвестники в диапазоне ультранизкочастотных (УНЧ) колебаний геомагнитного поля наблюдались, например, перед разруши-
тельным землетрясением в Спитаке (магнитуда M = 6.9), которое произошло в 1988 г. [Kopytenko et al., 1993]. В работах [Fraser-Smith et al., 1990; Bernardy et al., 1991] обнаружен и проанализирован мощный всплеск УНЧ колебаний перед землетрясением в Лома-Приета (1989, M = 7.1). Еще один пример относится к Суматра-Андаманскому землетрясению (M = 9.1), которое произошло в 2004 г. В работах [Собисевич и др., 2010; Собисевич и Собисевич, 2010] обнаружены специфические УНЧ геомагнитные возмущения, предположительно отражающие процесс подготовки этого сильнейшего землетрясения.
Внешние предвестники в виде внезапного начала SSC, начальной фазы и главной фазы магнитной бури детально исследованы в серии работ [Соболев и др., 2001; Закржевская, Соболев, 2002, 2004; Адушкин и др., 2012]. Напомним, что аббревиатура SSC расшифровывается как Storm Sudden Commencement. Типичное SSC представляет собой однополярный магнитный импульс, возникающий при сжатии магнитосферы Земли межпланетной ударной волной и следующим за нею плотным высокоскоростным потоком горячей солнечной плазмы [Нишида, 1980]. Эффект состоит в том, что через несколько дней после SSC количество землетрясений в одних районах увеличивается, а в других уменьшается. Исключительно важно то, что результат установлен на весьма высоком уровне статистической значимости.
Смешанные предвестники сильных землетрясений представлены в известном обзоре [Hattori,
2004] (см. также [Hayakawa, 1999; Hayakawa, Mol-chanov, 2002]). Из недавних публикаций укажем на статью [Гульельми, Зотов, 2012], в которой описана предположительно новая разновидность смешанных предвестников, обнаруженная методом наложения эпох.
По поводу смешанных предвестников уместно сделать одно замечание (подробнее об этом см. в разделе 4). Дело в том, что если при поиске внутренних и внешних предвестников во многих случаях достаточно использовать традиционные методы магнитометрии, то поиск смешанных предвестников следует, вообще говоря, производить более изощренными методами. Особое значение имеет метод магнитовариационного зондирования, видоизмененный с учетом особенностей поиска смешанных предвестников [Гульельми, 1989]. В дополнение к этому был предложен метод сейсмомагнитного зондирования земной коры [Гульельми, 2007, 2008], который также может оказаться полезным.
Две работы послужили стимулом для проведения экспериментального исследования, представленного в данной статье. Во-первых, это работа [Собисевич и др., 2010], в которой обнаружены цуги УНЧ магнитных колебаний, опередившие Суматра—Андаманское землетрясение. Предположительно эти цуги являются внутренними предвестниками указанного землетрясения. Во второй работе, также послужившей непосредственным стимулом для проведения настоящего исследования, методом наложения эпох показано, что магнитные импульсы SSC можно рассматривать как своего рода внешние предвестники землетрясений [Закржевская, Соболев, 2004] (см. также недавно опубликованную работу [Адушкин и др., 2012]).
Обратим внимание на то, что в магнитосфере Земли при относительно спокойных геомагнитных условиях спорадически возбуждаются изолированные магнитные импульсы большой амплитуды. Мы будем называть их Big Magnetic Pulses, или сокращенно BMP. По интенсивности BMP сопоставимы с SSC, а по морфологии напоминают цуги УНЧ колебаний, обнаруженные в работе [Собисевич и др., 2010]. Вполне естественно возникла идея произвести исследование BMP на предмет возможной связи с землетрясениями аналогичное тому, которое было сделано в работах [Закржевская, Соболев, 2004; Собисевич и др., 2010]. Ниже изложен результат такого исследования.
2. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
И РЕЗУЛЬТАТ АНАЛИЗА
Данные о землетрясениях взяты из каталога Международного сейсмологического центра ISC (http://www.isc.ac.uk). Данные о BMP взяты из ар-
хивных материалов ГО Борок ИФЗ РАН. Они были любезно предоставлены нам Б.И. Клайном для проведения настоящего исследования.
Морфология BMP подробно описана в работах [Lanzerotti et al., 1991; Sibeck, Korotova, 1996; Mo-retto et al., 2004; Клайн и др., 2007; Kurazhkovskaya et al., 2007]. Чаще всего импульсы наблюдаются на высоких широтах в околополуденные часы при умеренной геомагнитной активности (индекс Kp обычно не превышает 2.7). Максимум частоты появления BMP располагается в интервале 70°—76° геомагнитных широт. Продолжительность импульса изменяется от случая к случаю в пределах от получаса до полутора часов, а амплитуда обычно составляет несколько десятков нТл. Импульс представляет собой цуг иррегулярных колебаний с характерным периодом заполнения ~300 c (см. рис. 1).
Следует заметить, что BMP относятся к категории редких событий. Типичное время ожидания BMP составляет примерно 10 дней. По данным высокоширотной обсерватории Мирный (Ф = -76.93°, Л = 122.92°), хранящимся в архиве ГО Борок, было выделено всего 119 импульсов. Времена начал этих импульсов мы и выбрали в качестве реперов для проведения статистического анализа методом наложения эпох.
Данные о ВМР, использованные в работе, были накоплены за время наблюдений с января 1988 по декабрь 1995. Необходимо подчеркнуть, что наблюдения не были непрерывными. Это связано с определенными трудностями организации магнитометрических измерений в высоких широтах. В указанном выше интервале наблюдений содержатся следующие пропуски: декабрь 1988—февраль 1989, ноябрь 1989—апрель 1990, декабрь 1990, март 1991—декабрь 1994.
Еще одно предварительное замечание касается аббревиатуры BMP. В работах [Lanzerotti et al., 1991; Kurazhkovskaya et al., 2007], посвященных морфологическому исследованию BMP, используются другое, менее удачное на наш взгляд название MIEs (Magnetic Impulse Events). В предлагаемом нами термине Big Magnetic Pulses (BMP) делается акцент на важнейшем свойстве высокоширотных изолированных импульсов, а именно на их аномально большой амплитуде. Это свойство в сочетании с тем обстоятельством, что BMP возникают спонтанно при весьма спокойных геомагнитных условиях, наводит на мысль об аналогии между BMP и так называемыми "Rogue waves", или "Freak Waves" которые представляют собой изолированные гигантские волны, изредка возникающие на относительно спокойной поверхности океана (см. например [Захаров, Ша-мин, 2010]). Указанная аналогия может оказаться достаточно глубокой, поскольку спонтанное воз-
H, нТл
40
-40
80
40
40
-80
10
11
17
18
19
20 21 Время UT, час
Рис. 1. Изолированные магнитные импульсы большой амплитуды, зарегистрированные на высокоширотной обс. Мирный 04.01.1988 (слева) и 28.03.1988 (справа).
никновение импульсов аномально большой амплитуды есть некоторое общее свойство нелинейной эволюции волновых систем [Захаров, Кузнецов, 2012].
На рис. 2 показан результат накопления количества землетрясений до и после BMP по методу наложения эпох. Количество BMP составляет 119. Общее количество землетрясений составляет 11335 в интервале магнитуд 0.1 < M < 5, указанных в каталоге ISC в интервалах ±10 ч относительно часа регистрации BMP. Час начала BMP отмечен на рис. 2 черным столбиком. Среднечасовые значения количества землетрясений до и после BMP равны 525 и 555 соответственно.
Мы видим, что после BMP сейсмическая активность заметно повышается, причем широкий максимум количества землетрясений наблюдается с запаздыванием на 3-8 часов относительно начала BMP.
Качественно тот же вывод следует из рассмотрения рис. 3. На нем показан ряд из 119 событий. Здесь событием мы условно называем возбуждение BMP, которое было зарегистрировано в обсерватории Мирный. Определим результат события как знак разности между числом землетрясений на интервале 10 ч после BMP и числом землетрясений на
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.