ХИМИЧЕСКАЯ ФИЗИКА, 2015, том 34, № 10, с. 40-43
ХИМИЧЕСКАЯ ФИЗИКА АТМОСФЕРНЫХ ЯВЛЕНИЙ
УДК 550.3
ВОЗМУЩЕНИЯ КВАЗИСТАТИЧЕСКИХ ИОНОСФЕРНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ НАД СЕЙСМОАКТИВНЫМИ РАЙОНАМИ ПО ДАННЫМ СПУТНИКОВЫХ НАБЛЮДЕНИЙ (ОБЗОР)
© 2015 г. О. В. Золотов
Мурманский государственный технический университет E-mail: ZolotovO@gmail.com Поступила в редакцию 11.12.2014
В статье представлен обзор исследований квазиэлектростатических возмущений в ионосфере над сейсмоактивными районами, и показана его актуальность. Приведены основные характеристики возмущений по данным спутников INTERCOSMOS-BULGARIA-1300 и DEMETER. Возмущения наблюдаются во всех компонентах (Ex, Ey, Ez) квазиэлектростатического поля, в околоэпицентраль-ной и магнитоспряженной к ней областях от нескольких минут до десятков часов до и после сейсмического события. Они составляют 1—26 мВ/м по величине и >1—20° по пространству. Обнаружены ночное доминирование возмущений и зависимость их амплитуды от магнитуды землетрясения и глубины залегания его гипоцентра.
Ключевые слова: электростатическое поле, ионосферные предвестники землетрясений, ионосфера.
DOI: 10.7868/S0207401X15100131
1. ВВЕДЕНИЕ
Последние десятилетия ведутся активные исследования предвестников сильных сейсмических событий в различных параметрах ионосферной плазмы, в особенности полного электронного содержания (ПЭС — количество электронов в столбе единичного сечения от поверхности до высоты пролета спутника или иной эталонной высоты) ионосферы как единственного параметра, обеспечивающего глобальные и непрерывные данные в режиме почти реального времени.
В настоящей работе детально не обсуждаются выявленные особенности наблюдавшихся перед сильными землетрясениями возмущений ПЭС ионосферы (заинтересованный читатель может найти соответствующие дискуссии, например, в работах [1—9]). Все эти особенности могут быть объяснены в рамках электромагнитного механизма осуществления связи системы "литосфера—атмосфера—ионосфера". Намгаладзе [10] выдвинул гипотезу вертикального [ЕВ]-дрейфа плазмы Б2-слоя ионосферы как основного физического механизма формирования сейсмогенных возмущений ПЭС. Методом численного моделирования была проверена эффективность предложенного механизма, получены оценки требуемых величин (и пространственных распределений) электрических полей и соответствующих им токов сейсмического происхождения. Тем не менее ряд исследовате-
лей высказываются скептически в отношении такого подхода, не отрицая, по-существу, полученного результата — оценок требуемых в ионосфере сейсмогенных полей и токов, но подвергая сомнению сам использовавшийся в работах [11—17] подход к моделированию эффектов от проникающих через нейтральную атмосферу воздействий сейсмической природы. Уточним: в работах [11—13] после решения уравнения для электрического потенциала вносилось дополнительно сейсмогенное возмущение электрического поля; в последующих работах [14—17] задавались втекающие (вытекающие) токи на нижней границе ионосферы. В результате основная критика сводилась к тому, что эти поля и токи не имеют под собой физического обоснования, а все полученные результаты могут рассматриваться как математические упражнения, полученные из неверных исходных положений; должны быть надежные подтверждения существования таких полей и токов в ионосфере по данным инструментальных средств наблюдений. Дополнительно оппонентов поддерживало то, что большинство авторов, придерживающихся гипотезы об электромагнитном механизме формирования ионосферных предвестников землетрясений в ПЭС ионосферы, ссылаются обычно лишь на работу [18] и/или работы [19—21] (см., в [22, 23]). Таким образом, стала очевидна необходимость обобщить имеющиеся публикации, сообщающие о сейсмогенных возмущениях квазистатических электрических
ВОЗМУЩЕНИЯ КВАЗИСТАТИЧЕСКИХ ИОНОСФЕРНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ
41
полей в ионосфере. Из настоящего обзора исключены работы, касающиеся возмущений в пульсациях электрического поля (нас интересуют возмущения, которые влияют на [ЕВ]-дрейф, т.е. возмущения электростатических или квазиэлектростатических полей).
2. СПУТНИКОВЫЕ НАБЛЮДЕНИЯ
2.1. Спутник mTERCOSMOS-BUWARIA-B00 (INTERCOSMOS-22)
В работе [18] Чмырев с соавт. сообщали о возмущениях вертикального квазистатического электрического поля амплитудой 3—7 мВ/м (в диапазоне частот 0.1—8 Гц) и пульсациях магнитного поля на частоте 1 Гц амплитудой 3 нТл на высотах ~800 км (параметры орбиты спутника ШТЕЯС08М08-ВиЬ0АША-1300: перигей — 825 км, апогей — 906 км, наклонение — 81.2°). Возмущения Ez регистрировались примерно в 17:38 иТ над эпицентром землетрясения с магнитудой М = 4.8 и примерно в 17:35 иТ в магнитосопряженной области, их размер составил 1°—1.5° вдоль меридиана. Приведенные оценки получены на основе анализа данных одного пролета спутника; остальные пролеты этого спутника были слишком далеко от положения эпицентра землетрясения.
В работе [19] Гоушева с соавт. сообщали о возмущениях амплитудой до ~7 мВ/м горизонтальных компонент квазистатического электрического поля за несколько дней или часов до и после землетрясений для низких и средних широт, а также об увеличениях ионной плотности. Исследовался период 12.08.1981-30.12.1981. Для анализа было отобрано 10 сейсмических событий, в работе данные приведены для четырех из них. Выводы сделаны для землятрясений с магнитудой М = 5.6-5.9, имевших место преимущественно в областях суб-дукции.
В работах [20, 24] Гоушева с соавт. приводят данные об аномальных увеличениях амплитуд (~2-25 мВ/м) компонент квазистатического электрического поля за 30 мин - 4 ч до и после среднеширот-ных землетрясений. Возмущения компонент Ex, Ey и Ez составили 10, 14 и 25 мВ/м соответственно. Возмущенные области были смещены относительно положения эпицентра землетрясения к северу, их размеры составили >5°-20°. В ряде случаев наблюдались возмущения ионной плотности. Результаты приведены для периода 16.09.1981-01.10.1981, данные представлены для шести землетрясений магни-тудой М = 5.1-5.9.
В работах [25-27] Гоушева с соавт. сообщали о вариациях вертикальной компоненты квазистатического электрического поля для различных широтных секторов. Полярные широты: 1) возмущение Ez ~ 26 мВ/м за 33 ч до землетрясения, возмущенная область смещена к северу относи-
тельно положения эпицентра; 2) Ez ~ 15 мВ/м за 31 мин до землетрясения (над эпицентральной областью) и 10 мВ/м через 58-59 ч после него. Средние широты: возмущение Ez ~ 15 мВ/м за 89 ч до землетрясения со смещением к северу от эпицентра; ~15 мВ/м через 43 ч после землетрясения в области эпицентра. Низкие и экваториальные широты: 1) возмущение Ez ~ 5-10 мВ/м за 12 ч до землетрясения со смещением к югу от положения эпицентра; 2) Ez ~ 10 мВ/м за 32-33 ч до землетрясения со смещением возмущенных областей к северу (в Северном полушарии - к югу). Результаты приведены для периода 22.08.1981-27.11.1981, данные представлены для 12 землетрясений маг-нитудой М = 5.0-6.9.
В работе [21] Гоушева с соавт. приводят результаты исследований возмущений вертикального квазистационарного электрического поля Ez в ионосфере, наблюдавшихся в период 14.08.198120.09.1981. Анализировались данные 26 орбит и 73 землетрясений, сообщается о 52 положительных эффектах - из них 27 до (25 имели место в ночное время и 2 - днем) и 25 после землетрясений, о ночном доминировании аномалий, зависимости величины Ez от магнитуды землетрясения и глубины залегания его гипоцентра. Возмущения проявлялись в форме увеличенных значений Ez ~ 18 мВ/м как в околоэпицентральной, так и в магнитосопряжен-ной к ней областях.
В работе [28] Гоушевой с соавт. приведены результаты исследований возмущений вертикального квазистационарного электрического поля Ez в ионосфере для 106 (слабых, умеренных и сильных) землетрясений. Анализировались данные 36 орбит над сейсмогенными источниками в 39 сейсмоактивных зонах. Сообщается, что возмущения Ez ~ ~ 2-18 мВ/м характерны для источников, расположенных в области мобильных структур плит.
Изучался период 17.08.1981-19.12.1981, отбор проводился по следующим критериям: 1) ночные наблюдения; 2) 15 дней до и после землетрясений для областей с высокой сейсмической активностью и 5 дней до и после для спокойных в сейсмическом смысле регионах; 3) угловое расстояние между ближайшей точкой орбиты и проекцией положения эпицентра землетрясения на ионосферные высоты - не более 20°; 4) для спокойных и очень спокойных условий (среднее ^ < 3). Аф-тершоки и форшоки не рассматривались. Сделаны следующие выводы: 1) обнаружены возмущения Ez ~ 2-18 мВ/м для 77 землетрясений (41 до и 36 после); возмущений от 28 землетрясений не обнаружено (12 до и 16 после); 2) возмущения Ez ^ 2-10 мВ/м имели место за 4-5 дней до и после изолированных слабых и средних землетрясений; 3) Ez ^ 10-12 мВ/м за 12-13 дней до и после сильных землетрясений; 4) аномалии в случае
42
ЗОЛОТОВ
средних землетрясений обнаружены только для неглубоких событий (глубина залегания гипоцентра — 100—119 км); 5) зона возмущения расположена над околоэпицентральной областью, амплитуда возмущения возрастала в момент реализации основного удара; 6) возмущения Ez в северном полушарии смещены к Югу, а в южном — к Северу.
2.2. Спутник DEMETER
Жанг с соавт. в работе [29] сообщают о наблюдавшихся возмущениях амплитуды ионосферных электрических полей ~3—5 мВ/м в полосе частот до 0.5 Гц для случая Вэньчуаньского землетрясения магнитудой M = 8.0 12 мая 2008 г. в Китае. Анализировались только ночные данные для исключения эффектов солнечной освещенности, отбирались орбиты, находящиеся на удалении не более чем 2000 км от положения проекции эпицентра землетрясения за месяц до и после рассматриваемого события.
Жанг с соавт. исследовали в работе [30] три компоненты вектора квазистатического электрического поля E (в полосе частот ~0.1—15 Гц): обнаружены возмущения амплитуды в диапазоне 1.5— 16 мВ/м; величина большинства возмущений не превосходила 10 мВ/м. Для 10 из 27 землетрясений аномальные возмущения электрического поля обнаруживались за один день до события. В трех из 17 случаев для индонезийского ре
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.