научная статья по теме ВАРИАЦИИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ И ПАРАМЕТРОВ ИОНОСФЕРЫ В БАЙКАЛЬСКОЙ РИФТОВОЙ ЗОНЕ Геофизика

Текст научной статьи на тему «ВАРИАЦИИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ И ПАРАМЕТРОВ ИОНОСФЕРЫ В БАЙКАЛЬСКОЙ РИФТОВОЙ ЗОНЕ»

ФИЗИКА ЗЕМЛИ, 2012, № 4, с. 72-80

УДК 550.371;550.385

ВАРИАЦИИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ И ПАРАМЕТРОВ ИОНОСФЕРЫ В БАЙКАЛЬСКОЙ РИФТОВОЙ ЗОНЕ

© 2012 г. Б. Г. Гаврилов1, Ю. И. Зецер1, В. И. Куркин2, И. Э. Маркович1, Ю. В. Поклад1,

М. Парро3, И. А. Ряховский1, В. В. Яким1

1 Институт динамики геосфер РАН, г. Москва 2 Институт солнечно-земной физики СО РАН, г. Иркутск 3 Лаборатория физики и химии окружающей среды и космоса, г. Орлеан, Франция Поступила в редакцию 28.07.2011 г.

Представлены результаты анализа вариаций геомагнитного и электрического полей и полного электронного содержания ионосферы (ПЭС), зарегистрированные в Байкальской рифтовой зоне (БРЗ) в период проведения экспедиций в 2009 и 2010 гг. Обнаружены синхронные всплески магнитного поля на Земле и в ионосфере, обусловленные распространением электромагнитных возмущений (сфериков), генерируемых удаленными молниевыми разрядами. Анализ частоты появления электромагнитных возмущений на высоте ~700 км показал, что существует область их преимущественного распространения из волновода Земля-ионосфера в верхнюю ионосферу. Обнаружено изменение частотного спектра вариаций ПЭС при перемещении ионосферной точки через эту область (северная граница изменения спектра ~54° с.ш.). Выявлены всплески ПЭС, проецирующиеся на зоны главных разломов в Тункинской долине. Полученные данные могут свидетельствовать о связи ионосферных электромагнитных явлений с литосферными структурами.

ВВЕДЕНИЕ

Проблема литосферно-атмосферно-ионо-сферных связей (ЛАИС) занимает важное место в геофизических исследованиях, что обусловлено как практическими задачами (прогноз землетрясений, влияние литосферных процессов на состояние ионосферы, влияние геомагнитных и ионосферных возмущений на энергетические и промышленные объекты), так и необходимостью решения фундаментальных задач, связанных с выявлением природы взаимосвязанных возмущений в литосферно-атмосферно-ионосферной системе. Ведущиеся в течение несколько десятилетий исследования проблемы ЛАИС привели к появлению большого количества гипотез и получению значительного экспериментального материала (см., например, [Гохберг, Шалимов, 2000; Липе-ровский и др., 2008). Неоднократно сообщалось, что ионосферные возмущения (вариации электрических и магнитных полей, плотности заряженной и нейтральной компоненты, возникновение или изменение параметров потоков захваченных и высыпающихся частиц) связаны с определенными процессами в литосфере, хотя механизм наблюдаемых эффектов не имеет общепринятого объяснения. Развитие этого направления геофизики испытывает значительные трудности по той причине, что полученные экспериментальные данные о связи вариаций геофизических полей на и под поверхностью Земли с процессами в ионосфере часто противоречивы или условия

получения таких данных не позволяют связать их однозначно с литосферно-ионосферным взаимодействием. Например, в [Молчанов и др., 2004; Hayakawa, 2007] рассматриваются лито-сферно-атмосферно-ионосферные процессы, которые, как считают авторы, можно считать предвестниками землетрясений, а в [Henderson et al., 1993; NiSmec et al., 2009] показано, что эффект изменения интенсивности электромагнитных эмиссий в ионосфере, связанный с землетрясениями, отсутствует или исчезающе мал. В этих условиях получение новых экспериментальных данных о связи электромагнитных возмущений и вариаций параметров ионосферы с литосферными структурами остается актуальным.

Стимулом и основой для проведения настоящих исследований стали имеющиеся в литературе данные о регистрации аномалий электромагнитных полей и излучений в ионосфере над структурными литосферными нарушениями. Электромагнитные возмущения в ионосфере, связанные с пролетом спутников над разломами и рифтовы-ми зонами как во время землетрясений или их подготовки, так и при отсутствии сейсмической активности, были обнаружены около 30 лет назад (см. например, [Мигулин и др., 1982; Гершензон и др., 1983; Ларкина, Ружин, 2009]). Устойчивые всплески интенсивности магнитной и электрической составляющих поля низкочастотных излучений (0.1—20 кГц) наблюдались на борту спутника "Интеркосмос 19" при его пролете над глубин-

ными разломами литосферы: над Норвежским морем, Балтийским щитом, Баренцево-Карским шельфом и Западно-Сибирской низменностью. Появление сейсмоионосферных эффектов в низкочастотных шумах на высотах ионосферы объяснялось долготным дрейфом захваченных энергичных частиц внутреннего радиационного пояса, стационарное питч-угловое распределение которых нарушается в результате рассеяния на флуктуациях электрического поля при их дрейфе через "зашумленную" магнитную силовую трубку, расположенную над эпицентром [Мигулин и др., 1982].

Эти результаты были подтверждены на большом экспериментальном материале по данным обработки измерительных данных, полученных на искусственных спутниках Земли DE-2 и Demeter [Ляхов, Зецер, 2008]. Важной особенностью этих данных является обнаруженный рост интенсивности электрических полей и потоков заряженных частиц вне связи с землетрясениями. Выявленные в результате анализа этих данных зоны повышенной электромагнитной активности частично совпали с крупными промышленными центрами, энергетическими объектами, мощными радиостанциями. В тоже время, значительная часть таких зон не связана с антропогенной деятельностью и расположена над крупными разломами земной коры. Одно из пятен повышенной электромагнитной активности было обнаружено над юго-западной частью Байкальской рифтовой зоны (БРЗ). Это обстоятельство стимулировало проведение комплексных исследований вариаций физических полей на поверхности Земли и в ионосфере в этой зоне с целью получения экспериментальных подтверждений наличия взаимосвязанных возмущений в литосферно-атмосфер-но-ионосферной системе.

ПОСТАНОВКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Для проведения наземных измерений электромагнитных полей, акустических волн, эманаций радона, сейсмических и радиофизических наблюдений были организованы две экспедиции (в 2009 и 2010 гг.) в район Тункинской долины в юго-западной части БРЗ, который характеризуется развитой системой разломов земной коры (рис. 1). Район проведения наземных измерений располагался на пересечении Тункинского трансформного разлома, Главного Саянского и Северо-Тун-кинского разломов. Исследования проводились в условиях стационарного измерительного пункта и мобильными полевыми отрядами на площади около 5000 км2. Выбор размещения пунктов временных наблюдений и профильных измерений определялся необходимостью исследования наиболее перспективных геологотектонических структур с

учетом рекомендаций Института земной коры СО РАН. Детальные электромагнитные и сейсмические наблюдения проводились в районе пос. Аршан, находящегося на пересечении Тункин-ского разлома и субмеридионального разлома по линии Аршан-Улан-Горхон. Район характеризуется выходом на поверхность графитизирован-ных известняков и радоновых источников, что может приводить к возникновению локальных геоэлектрических аномалий и изменению проводимости приземного слоя атмосферы.

В стационарном пункте измерений, размещавшемся на базе радиофизической обсерватории Института солнечно-земной физики СО РАН "Торы" (51°58.6'N, 103°4.7'E), были развернуты измерительный приемник Rohde & Schwarz ESCI с частотным диапазоном 9 кГц-3 ГГц, феррозон-довый магнитометр LEMI-018 для измерения вариаций геомагнитного поля в диапазоне частот 0-1 Гц, двухчастотный приемник системы GPS для измерения ПЭС, электростатический флюкс-метр ИНЭП для измерения приземного электрического поля в диапазоне частот 0-100 Гц, измеритель электрического поля в грунте ИВЭП, акустический измерительный комплекс, работающий в диапазоне частот 0.01-20 Гц, радиометр РРА-01М-03 для измерения концентрации подпочвенного радона, сейсмоприемники СМ3-КВ-Э. Мобильные измерительные пункты были оборудованы индукционными магнитометрами MFS-06 и MFS-07 с регистратором ADU-07, средствами измерения электрического поля в атмосфере и грунте.

Данные по вариациям ионосферных параметров были получены также с французского спутника DEMETER, специально разработанного для проведения исследований ЛАИС [Parrot, 2002]. Для проведения измерений вариаций электрического и магнитного поля и параметров ионосферы, согласованных с наземными измерениями, бортовая аппаратура спутника при его пролетах над зоной работы экспедиций включалась в режим быстрой записи, что позволило анализировать не только спектральные, но и волновые формы сигналов.

На рис. 2 представлена карта района проведения наблюдений в 2009 г. с указанием стационарного пункта и точек проведения мобильных измерений. В период проведения двух экспедиций был получен значительный объем экспериментального материала. В статье обсуждаются результаты электромагнитных и радиофизических измерений.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗМЕРЕНИЙ

Проведение согласованных измерений вариаций магнитного поля на Земле и в ионосфере бы-

30 0 30 60

км

52'

50°

—•f-í-^-i.

j\ ; V^'í^vr-J.___

¡ ■ >

I

Рис. 1. Схема современных активных разломов: 1 — Тункинский трансформный разлом; 2 — Главный Саянский разлом; 3 — Северо-Тункинский разлом.

ло обеспечено использованием наземной и бортовой аппаратуры с близкими техническими характеристиками. Бортовой магнитометр спутника Demeter и наземный магнитометр MFS-07 обеспечили измерение магнитной составляющей сигналов в диапазоне частот от 1 Гц до 20 кГц при чувствительности ~1 пТ На рис. 3 показаны записи синхронных вариаций магнитного поля в ионосфере и на Земле. Сигналы такого типа генерируются при молниевых разрядах и распространяются в волноводе Земля—ионосфера на тысячи километров. Появление этих сигналов на высоте пролета спутника Demeter (~700 км) обусловлено частичным проникновением вистлеровской моды этих сигналов через верхнюю стенку волновода. Анализ зависимости количества зарегистрированных в ионосфере сигналов от координат спутника показал, что существует область преимущественного появления электромагнитных импульсов. На рис. 4 показан график относительной частоты регистрации сигналов при пролетах спутника над зоной разме

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